激光在云層的輻射傳輸問題是激光在隨機介質(zhì)傳播與散射特性研究的重要組成部分。并且云層作為大氣中一種常見的離散隨機介質(zhì),不可避免的會對星地激光通信、大氣遙感和目標探測等工程應用造成干擾,因此研究激光在云層的輻射傳輸特性對星地激光通信、大氣遙感和目標探測等方面具有重要意義。本文基于大氣輻射傳輸理論,分別研究了激光在平面平行和球形邊界水云和冰云大氣中的標量和矢量輻射傳輸特性,主要工作包括:1.介紹了云層散射輻射的一些基本概念,結(jié)合球形液滴粒子和非球形冰晶粒子的微物理參數(shù),給出水云和冰云的平均散射特性,研究了具有一定分布特性的水云和冰云的散射相矩陣。2.基于平面平行邊界大氣的標量輻射傳輸方程,采用離散縱標法,數(shù)值計算了均勻水云大氣和冰云大氣的反射率和透過率隨水云和冰云大氣參數(shù)如:光學厚度、有效半徑、觀測角等的變化情況,并且分析了垂直非均勻水云和冰云覆蓋水云的重疊云模型對激光輻射傳輸特性的影響。3.基于矢量輻射傳輸?shù)拿商乜_模型,首先將平面平行邊界大氣擴展至球形邊界大氣,研究了兩種邊界大氣模式下（平面平行邊界和球形邊界）水云和冰云大氣的反射率差異。其次在考慮球形邊界大氣下,即大天頂角入射時,數(shù)值計... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

論文框架與研究內(nèi)容Fig.1-1Frameworkandresearchcontentofthethesis

中云族（2km-6km）和高云族(6km以上)。在中緯度地區(qū)，高云族的云底高度通常大于6km，在這樣的高度范圍水汽都會凝固結(jié)晶，所以高云族都是由冰晶體組成的。如果按照云層內(nèi)的溫度和云層粒子的相態(tài)劃分，云可以被分為由液態(tài)水滴組成的水云，由冰晶粒子組成的冰云和由液態(tài)水滴和冰晶組成的混合相態(tài)云。本文的主要研究由液態(tài)水滴組成的水云和由冰晶粒子組成的冰云。2.1.1水云粒子的尺度和分布特性水云一般位于溫度較高的大氣底層，云層平均高度一般出現(xiàn)在2-3km，水云主要由較小的液滴組成[56,57]，這些液滴通常都具有球形形狀如圖2-1所示。對于降水云其液滴半徑會大于1mm，對于非降水云的液滴平均半徑通常約為10μm。圖2-1液態(tài)水云粒子模型Fig.2-1Liquidwatercloudparticlemodel在實際大氣中水云粒子的尺寸和空間分布是隨時間和空間不斷變化的，因此在真實大氣中液態(tài)水滴的大小是分布不均勻的。雖然粒子尺寸大小不一，但是在大量的實際觀測中發(fā)現(xiàn)可以通過一定的分布函數(shù)來描述液態(tài)水滴的分布情況，比如標準gamma分布、對數(shù)正態(tài)分布和對數(shù)雙峰分布等。其中在計算中最典型的也是應用最廣泛得是標準gamma分布[26,56,57]，13()expeffeffvveffeffrnrarrv(2-1)式中r為液滴半徑，a表示歸一化常量，effr為有效半徑，effv為有效方差。

西安理工大學碩士學位論文10其中(2-1)式中的有效半徑和有效方差分別被定義為，3020()=()effrnrdrrrnrdr(2-2)20220()=,00.5()effeffeffeffrrrnrdrvvrrnrdr(2-3)在水云的性質(zhì)參數(shù)中，光學厚度和液水含量LWC也是兩個重要的參數(shù)，它們分別可以表示為，3LWC2weffzr(2-4)304LWC()3wrnrdr(2-5)式中z為云層的幾何厚度，w為液態(tài)水密度值為1.0g/m3，LWC通常取值在(0.01-1.0)g/m3之間[58]。2.1.2冰云粒子的尺度和分布特性冰云一般出現(xiàn)在對流層上部和平流層下部，云層高度一般出現(xiàn)在6km以上，且在全球的分布非常廣泛，約覆蓋地球表面的20%-30%[59,60]。由于冰云的形成原因比較復雜，冰云的厚度分布也有很大的不同，其主要在0.1km到8km之間變化，平均厚度約為1.5km。根據(jù)大量觀測數(shù)據(jù)表明[3,4]，冰云由形狀復雜的非球形冰晶粒子組成。如：六角形板狀(Plates)、實心/空心柱狀(Solid/HollowColumn)、實心/空心子彈玫瑰狀(Solid/HollowBulletrosettes)、板狀聚合物等(PlatesofAggregates)。冰晶的尺寸從幾微米到上千微米不等，且冰云云頂?shù)谋ЯＷ映叽巛^小，而云底處的冰晶粒子尺寸較大。云物理中把云滴濃度(單位體積中云滴的個數(shù))隨尺度的變化叫做云滴譜，它是一種反映云特征的微物理參量。冰晶的濃度N隨著高度的變化在3(5050000)/m的范圍內(nèi)變化。圖2-2六種冰晶粒子模型Fig.2-2Sixicecrystalmodel

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3422470