【摘要】：云是影響天氣變化的重要因素之一,若能有效探測云的宏觀和微觀物理特性,有助于通過人工影響天氣技術(shù),消除或減弱某些極端天氣現(xiàn)象,而對過冷云分布的有效探測,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)有可見光波段偏振激光雷達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反演云粒子特性的方案,進而有效探測過冷云的實時分布,借鑒離散偶極子近似和幾何光學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粒子半徑為3μm的云粒子的散射特性,同時提出用于反演云粒子特性的近紅外偏振激光雷達系統(tǒng),詳細設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)�；谏鲜鋈齻�光散射理論建立計算云粒子光散射特性模型,幾何光學近似模型主要通過Stokes矢量矩陣、Fresnel矩陣、坐標轉(zhuǎn)換矩陣之間的矩陣運算來計算云粒子的光散射特性,離散偶極子近似模型主要通過fml矩陣、散射振幅矩陣和Muller矩陣之間的矩陣關(guān)系來計算云粒子的光散射特性,同時基于Matlab平臺編寫了相關(guān)程序。首先將離散偶極子近似理論和幾何光學近似理論同米散射理論對比分析,證實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,對于幾何光學近似理論,當尺度參數(shù)大于20,104個姿態(tài)數(shù)目可滿足收斂要求。對于離散偶極子近似理論,當尺度參數(shù)小于20,大約800個姿態(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比,可以看出當粒子非球形度較高時,等體積米散射方法均會引入大量誤差。為了使偏振激光雷達的探測性能分析結(jié)果更接近于真實狀況,取粒子形狀為長度半徑比為6:1的圓柱,采用離散偶極子近似理論計算其探測性能,相較于米散射理論,回波信號功率減少約一個量級,且探測距離從140m減少到60m,同時將整個云粒譜上單個圓柱粒子的退偏比進行累加平均得到整個云粒子譜的退偏比為0.65,對于實際應用中根據(jù)實驗所測的退偏比來確定云粒子形狀有一定的參考價值。
【圖文】：

云粒子光散射理論及探測方案粒子光散射理論及探測方案數(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物理參量，本章介紹了云粒子常見的幾種形狀模型和幾何光學近似理論、離散子近似理論。云粒子形狀模型一般情況下，，當云中溫度低于 0℃時云滴會逐漸形成冰晶。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研究了橢球、圓柱以及盤、c 的值便可確定一個橢球；般取棱柱類型粒子長度 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
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN958.98

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周立華;云粒子起電原因探蹤[J];遼寧氣象;2005年01期

2 T.Tanaka;韓志剛;劉鋒;;機載云粒子視頻顯微鏡[J];氣象科技;1990年05期

3 村上正隆;松尾敬世;中山嵩;田中孞楿;王寶榮;;研制云粒子電視探空儀[J];氣象科技;1988年05期

4 王路杰;焦瑞莉;陳家田;雷恒池;;云粒子測量系統(tǒng)的定標方法研究[J];氣象科技;2017年01期

5 黃興友;常亞楠;卜令兵;;一維云粒子激光探測儀研制及探測數(shù)據(jù)分析[J];強激光與粒子束;2013年08期

6 曾星;伍波;史曉丁;樊冬;呂明愛;張國娟;李少波;周昕;;機載激光云粒子成像儀研制與校準研究[J];激光技術(shù);2015年06期

7 楊常新;;PMS云粒子探測信息微機處理系統(tǒng)研制成功[J];新疆氣象;1991年04期

8 黃敏松;雷恒池;陳家田;張曉慶;;機載光陣探頭探測期間云粒子的破碎[J];大氣科學;2016年03期

9 儲晨曦;卜令兵;楊巨鑫;;用于偏振云粒子探測系統(tǒng)的典型非球形粒子散射特性模擬[J];光散射學報;2018年02期

10 楊大生;王普才;;中國地區(qū)夏季云粒子尺寸的時空分布特征[J];氣候與環(huán)境研究;2012年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 于麗娟;;一次飛機探測云試驗云微物理特征分析[A];第28屆中國氣象學會年會——S9大氣物理學與大氣環(huán)境[C];2011年

2 宋薇;劉香娥;靳瑞軍;孟輝;王兆宇;李磊;;FY-2C云粒子有效半徑反演結(jié)果與MODIS云產(chǎn)品的對比分析[A];第十五屆全國云降水與人工影響天氣科學會議論文集（Ⅱ）[C];2008年

3 陳英英;周毓荃;毛節(jié)泰;;利用FY-2C資料反演云粒子有效半徑和光學厚度[A];中國氣象學會2006年年會“人工影響天氣作業(yè)技術(shù)專題研討會”分會場論文集[C];2006年

4 宋薇;靳瑞軍;孟輝;王兆宇;;云參數(shù)產(chǎn)品在降水中的應用初探[A];第27屆中國氣象學會年會人工影響天氣與云霧物理新技術(shù)理論及進展分會場論文集[C];2010年

5 呂峰;董曉波;胡向峰;;河北省一次層狀云降水宏微觀特征的觀測研究[A];第31屆中國氣象學會年會S8 第16屆全國云降水與人工影響天氣科學會議——大氣水資源開發(fā)利用與氣象防災減災[C];2014年

6 孫玉穩(wěn);崔粉娥;李云川;張杏敏;;石家莊地區(qū)一次西風槽系統(tǒng)下云物理特征的分析[A];第十五屆全國云降水與人工影響天氣科學會議論文集（Ⅰ）[C];2008年

7 李鐵林;尹彬;郭獻林;邵振平;;河南一次層狀云宏微觀物理特征分析[A];第28屆中國氣象學會年會——S9大氣物理學與大氣環(huán)境[C];2011年

8 濮江平;陳奕德;武淑慧;張珊;;衛(wèi)星反演產(chǎn)品的空地聯(lián)合檢驗設(shè)計與實踐[A];第34屆中國氣象學會年會 S21 新一代靜止氣象衛(wèi)星應用論文集[C];2017年

9 盛日鋒;龔佃利;王慶;陳西利;周黎明;;一次人工消(減)雨作業(yè)過程的衛(wèi)星反演產(chǎn)品條件分析[A];第27屆中國氣象學會年會人工影響天氣與云霧物理新技術(shù)理論及進展分會場論文集[C];2010年

10 黃毅梅;周毓荃;李占清;胡志晉;;95GHz云雷達對一次弱冷鋒云系結(jié)構(gòu)的觀測分析[A];天氣、氣候與可持續(xù)發(fā)展——河南省氣象學會2010年年會論文集[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 通訊員 劉巖 紀英瑛;首套自研機載云粒子探測系統(tǒng)通過飛行驗證[N];中國氣象報;2015年

2 廖仕雄 古洋;逐鹿高科技（上）[N];科技日報;2000年

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 王黎俊;三江源地區(qū)秋季多層層狀云系微物理特性和催化響應的觀測研究[D];南京信息工程大學;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 崔黎明;用于偏振激光雷達的云粒子光散射特性分析[D];西安理工大學;2019年

2 王泓然;太赫茲頻段云粒子散射建模及雷達系統(tǒng)分析[D];北京理工大學;2015年

3 王宏奧;我國不同區(qū)域云宏微觀物理量分布特征[D];南京信息工程大學;2017年

4 許函;基于粒子系統(tǒng)的動態(tài)云的實時模擬[D];華中科技大學;2009年

5 黃毅梅;衛(wèi)星反演云物理參數(shù)研究及其在人工影響天氣中的應用[D];蘭州大學;2006年

6 隆t樠

本文編號：2641192