【摘要】：云是影響天氣變化的重要因素之一,若能有效探測(cè)云的宏觀和微觀物理特性,有助于通過(guò)人工影響天氣技術(shù),消除或減弱某些極端天氣現(xiàn)象,而對(duì)過(guò)冷云分布的有效探測(cè),則是影響人工影響天氣作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合現(xiàn)有可見(jiàn)光波段偏振激光雷達(dá)反演氣溶膠粒子球形性技術(shù),提出利用近紅外波段偏振激光雷達(dá)反演云粒子特性的方案,進(jìn)而有效探測(cè)過(guò)冷云的實(shí)時(shí)分布,借鑒離散偶極子近似和幾何光學(xué)近似的非球形粒子光散射理論,分析云粒子的光散射特性,解決米散射理論很難有效分析非球形云粒子的光散射特性的問(wèn)題。論文研究了用于分析云粒子光散射特性的米散射理論、幾何光學(xué)近似理論和離散偶極子近似理論,基于米散射理論可以看出1550nm近紅外波段適合用于探測(cè)粒子半徑為3μm的云粒子的散射特性,同時(shí)提出用于反演云粒子特性的近紅外偏振激光雷達(dá)系統(tǒng),詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)�；谏鲜鋈齻�(gè)光散射理論建立計(jì)算云粒子光散射特性模型,幾何光學(xué)近似模型主要通過(guò)Stokes矢量矩陣、Fresnel矩陣、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣之間的矩陣運(yùn)算來(lái)計(jì)算云粒子的光散射特性,離散偶極子近似模型主要通過(guò)fml矩陣、散射振幅矩陣和Muller矩陣之間的矩陣關(guān)系來(lái)計(jì)算云粒子的光散射特性,同時(shí)基于Matlab平臺(tái)編寫了相關(guān)程序。首先將離散偶極子近似理論和幾何光學(xué)近似理論同米散射理論對(duì)比分析,證實(shí)了兩種非球形粒子光散射理論的可靠性。為了滿足云粒子在空間中任意姿態(tài)分布這一特征,對(duì)于幾何光學(xué)近似理論,當(dāng)尺度參數(shù)大于20,104個(gè)姿態(tài)數(shù)目可滿足收斂要求。對(duì)于離散偶極子近似理論,當(dāng)尺度參數(shù)小于20,大約800個(gè)姿態(tài)數(shù)目可滿足收斂性要求。將兩種非球形粒子光散射理論與等體積米散射方法對(duì)比,可以看出當(dāng)粒子非球形度較高時(shí),等體積米散射方法均會(huì)引入大量誤差。為了使偏振激光雷達(dá)的探測(cè)性能分析結(jié)果更接近于真實(shí)狀況,取粒子形狀為長(zhǎng)度半徑比為6:1的圓柱,采用離散偶極子近似理論計(jì)算其探測(cè)性能,相較于米散射理論,回波信號(hào)功率減少約一個(gè)量級(jí),且探測(cè)距離從140m減少到60m,同時(shí)將整個(gè)云粒譜上單個(gè)圓柱粒子的退偏比進(jìn)行累加平均得到整個(gè)云粒子譜的退偏比為0.65,對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)的退偏比來(lái)確定云粒子形狀有一定的參考價(jià)值。
【圖文】：

云粒子光散射理論及探測(cè)方案粒子光散射理論及探測(cè)方案數(shù)值仿真是研究云粒子光散射特性的重要手段。其中云粒子的形狀是光散射特性必不的一項(xiàng)物理參量，本章介紹了云粒子常見(jiàn)的幾種形狀模型和幾何光學(xué)近似理論、離散子近似理論。云粒子形狀模型一般情況下，，當(dāng)云中溫度低于 0℃時(shí)云滴會(huì)逐漸形成冰晶。冰晶粒子通常呈現(xiàn)為橢球、六棱柱狀、六棱盤狀、玫瑰花型等形狀。其中典型冰晶形狀如下圖所示：

盤狀六棱柱 柱狀六棱圖 2-1 冰晶粒子形狀示意圖agram of the Shape of Ice Crystal P目前常用的冰晶粒子形狀模型重點(diǎn)研究了橢球、圓柱以及盤、c 的值便可確定一個(gè)橢球；般取棱柱類型粒子長(zhǎng)度 L 和子厚度 L 和直徑 d 關(guān)系如式克斯韋方程組求解均勻球形性分析[51-55]。米散射理論適用
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN958.98

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6 隆t樠

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