云是大氣的重要組成部分,它是由懸浮在空中的液態(tài)水滴或冰晶組成。云層作為一種離散隨機(jī)介質(zhì),研究云的光散射與輻射傳輸特性對(duì)大氣探測(cè)、衛(wèi)星遙感、空間光通信等方面具有重要意義。本文圍繞水云和冰云的光散射與輻射傳輸特性展開研究,主要工作包括:1.采用Mie理論、異常衍射理論和幾何光學(xué)法分別給出單個(gè)球形液態(tài)水滴和非球形冰晶的光散射特性;在分別考慮液水含量、冰水含量條件下,將單個(gè)云粒子的光散射特性與gamma分布相結(jié)合,數(shù)值計(jì)算出水云、冰云的平均單次光散射特性。2.在水云、冰云平均單次散射特性的基礎(chǔ)上,基于最新開發(fā)的C語(yǔ)言版本DISORT(CDISORT),數(shù)值模擬了平面平行模式下水云、冰云大氣透過(guò)率與光學(xué)厚度、有效半徑、液水含量/冰水含量、地表類型等參數(shù)的變化關(guān)系,還比較了不同水云、冰云光散射模型下大氣透過(guò)率的差異。3.分析平面平行大氣與球形大氣之間的區(qū)別,并根據(jù)CDISORT的平面平行模式和偽球面模式,比較了太陽(yáng)天頂角不同時(shí)這兩種不同大氣幾何之間的水云、冰云透過(guò)率和反射率的差異。考慮球形大氣幾何的條件下,結(jié)合CDISORT的偽球面模式分析了典型激光波長(zhǎng)(0.65μm、1.55μm)入射下水云和冰云大氣反射率與云微物理特性、云散射模型、觀測(cè)角、相對(duì)方位角等參數(shù)的變化關(guān)系。結(jié)果表明:隨光學(xué)厚度、液水含量/冰水含量的增大,水云、冰云大氣透過(guò)率先增大后減小;在不同的波長(zhǎng)范圍內(nèi),水云和冰云的有效半徑對(duì)大氣透過(guò)率的影響是不同的;平面平行大氣與球形大氣之間的水云、冰云透過(guò)率和反射率的差異隨太陽(yáng)天頂角的增大而增大;水云和冰云大氣反射率均隨著光學(xué)厚度的增大而增大,但隨著有效半徑的增大而減小;此外,對(duì)于不同的云散射模型、相對(duì)方位角、入射波長(zhǎng)等來(lái)說(shuō),水云、冰云大氣反射率和透過(guò)率的差異較大。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O436.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1.緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況
        1.2.1 水云和冰云粒子光散射特性的研究概況
        1.2.2 水云和冰云大氣輻射傳輸特性的研究概況
        1.2.3 水云和冰云的光散射與輻射傳輸特性研究中存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)
    1.3 論文結(jié)構(gòu)
2.云的微物理性質(zhì)及光散射理論
    2.1 云的形成與分類
    2.2 水云和冰云的微物理性質(zhì)
        2.2.1 水云的類型及微物理性質(zhì)
        2.2.2 冰云的類型及微物理性質(zhì)
    2.3 云粒子的光學(xué)常量及光散射理論
        2.3.1 水云和冰云粒子的光學(xué)常量
        2.3.2 球形水滴的光散射理論
        2.3.3 非球形冰晶的光散射理論
    2.4 本章小結(jié)
3.水云和冰云的光散射特性
    3.1 水云和冰云粒子形狀的描述
        3.1.1 水云粒子形狀的描述
        3.1.2 冰晶粒子形狀的描述
    3.2 水云的光散射特性
        3.2.1 單個(gè)球形水滴的光散射特性
        3.2.2 水云的平均單次光散射特性
    3.3 冰云的光散射特性
        3.3.1 單個(gè)冰晶粒子的光散射特性
        3.3.2 冰云的平均單次光散射特性
    3.4 本章小結(jié)
4.平面平行大氣下水云和冰云的輻射傳輸特性
    4.1 大氣輻射原理及其求解
        4.1.1 基本輻射量與大氣輻射傳輸方程
        4.1.2 libRadtran簡(jiǎn)介
    4.2 平面平行大氣下輻射傳輸原理及其解法
        4.2.1 平面平行大氣的輻射傳輸方程
        4.2.2 DISORT的平面平行模式
    4.3 平面平行模式下水云和冰云大氣透過(guò)率的研究
        4.3.1 平面平行模式下水云大氣透過(guò)率的研究
        4.3.2 平面平行模式下冰云大氣透過(guò)率的研究
    4.4 本章小結(jié)
5.球形大氣下水云和冰云的輻射傳輸特性
    5.1 球形大氣輻射傳輸原理及其解法
        5.1.1 球形大氣輻射傳輸方程
        5.1.2 球形大氣輻射傳輸方程的數(shù)值解
    5.2 偽球面模式下水云和冰云大氣反射率的研究
        5.2.1 兩種不同大氣模式下計(jì)算結(jié)果的比較
        5.2.2 偽球面模式下水云大氣反射率的研究
        5.2.3 偽球面模式下冰云大氣反射率的研究
    5.3 本章小結(jié)
6.總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間主要研究成果

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本文編號(hào)：2865052