水云及卷云辐射特性参数化

摘要

研究了单粒子散射理论；水云和卷云的光学特性；卷云中冰晶粒子的单次散射特性；辐射传输中相函数的处理。主要使用了Mie理论，有限时域差分法（FDTD），T-MATRIX，Lorzen-Mie等光散射计算方法。得到了下列结论：
　　（1）提出Mie散射前向递推溢出的数学表达式；改进了后向递推的表达式。
　　（2）利用Mie理论和尺度分布计算了水云的单次散射特性，和资料进行了对比，证明了本文计算方案的可行性。
　　（3）对水云在可见光波段和红外波段用多项式近似的方法进行了计算，得到计算结果在短波段相对误差小于10％，在红外波段误差小于3％。计算时间可以减少一到两个数量级。
　　（4）利用已有的传输代码，用组合计算的方式精确计算了六种典型冰晶粒子（空心和实心柱，空间子弹玫瑰花，聚合物，过冷水滴，板状）的单次散射特性，得到了完整的单次散射数据库。每种粒子对应一个数据库文件。每个文件包括65个特征波长（从0.2到99微米），45个尺度范围（从5到9500微米）处的消光效率因子，单次散射反照率，不对称因子，?0－?180内498个离散角度处的相函数的值。
　　（5）精确计算了有效尺度从10微米到180微米，波长从0.4微米到2.2微米的冰云的单次散射特性，也形成了对应的散射数据库。
　　（6）利用冰水含量和有效尺度，将波长从0.4微米到5微米分成了56个波段，提出了冰云辐射特性参数化公式。并且给出了每个特征波长处的拟合系数的值。
　　（7）通过对传统的勒让德多项式展开，Delta-M法，fit??法三种方法的比较，说明 fit??法是辐射传输计算中最好的处理相函数的方法。

目录

封面

声明

中文摘要

目录

第一章 引 言

1.1 课题研究背景，目的及意义

1.2 国内外发展动态及其趋势

1.3 本文主要研究内容

第二章 球形粒子Mie散射

2.1 Mie散射计算的发展

2.2 Mie散射计算方案

2.3 近似计算方案

2.4 结果和比较

第三章 水云光学特性及参数化方案

3.1 水云的分类的粒子分布特性

3.2 水云辐射特性的精确计算方案

3.3 水云光学特性的近似计算方案

3.4 近似方案和精确方案计算结果的对比

第四章 卷云中冰晶粒子的单次散射特性

4.1 冰晶粒子的形成与种类

4．2 冰晶粒子的几何描述

4.3 使用组合方案精确计算冰晶粒子的单次散射特性

4.4 对冰晶粒子单次散射特性的近似计算

4.5结果和讨论

第五章 卷云光学特性及参数化

5.1 冰晶粒子在卷云中的分布

5.2 卷云中冰晶粒子的种类与卷云单次散射特性计算

5.3 卷云辐射特性的参数化方案

第六章 辐射传输中对相函数的处理

6.1 辐射传输中的相函数

6.2 用勒让德多项式（Legendre Polynomials）展开相函数

6.3 用Delta-M法展开相函数[38]

6.4 用δ-Fit 法展开相函数

6.5 Delta-M法和 δ-fit 法的计算与比较

第七章 结束语

7.1 本文工作总结

7.2 工作展望

附 录

参考文献

致谢

个人简历

硕士研究生期间发表的论文