The present invention relates to a method for calculating the light scattering characteristics of internal mixed aerosols, which includes the following steps: 1) calculating the single scattering characteristics of internal mixed aerosols: calculating the single scattering characteristics of various aerosol particles according to the internal mixed aerosol model; 2) initializing the photon state: determining the first scattering of photons. Position P1 coordinates; 3) photon position and light energy transmission tracking; 4) photon reception judgment; 5) calculation of scattering characteristics of mixed aerosols. The method for calculating the light scattering characteristics of internal mixed aerosols in the present invention can simulate the transmission process of light in internal mixed aerosols by Monte Carlo method according to different internal mixing models of aerosols with different components, and further consider the scattering and absorption of light by internal mixed aerosol particles. The light scattering characteristics of the internal mixed aerosols with different mixing ratios were obtained.
【技术实现步骤摘要】
一种内混合气溶胶光散射特性的计算方法
本专利技术涉及大气光学和激光传输领域的气溶胶光散射特性计算方法,特别是一种内混合气溶胶光散射特性的计算方法。
技术介绍
随着中国雾霾天气的越来越多,尤其是在我国北方供暖期,雾霾天气较为严重。雾霾主要是由矿物燃料和化石燃料的燃烧引起的,由此而产生的主要气溶胶成分是硫酸盐和黑碳。大量的研究指出,硫酸盐气溶胶是吸湿性粒子,其往往与大气中的水结合形成均匀混合的内混合粒子;而黑碳气溶胶是非吸湿性的粒子,但是随着时间慢慢老化,往往会作为核心部分与硫酸盐等水溶性气溶胶形成分层球形的内混合粒子。此时黑碳与硫酸盐气溶胶粒子的散射性质就会发生改变,气溶胶粒子的散射特性是影响光传输的关键因子。当光在大气中传输时,会受到上述内混合气溶胶粒子散射特性的影响,尤其是当大气中气溶胶粒子密度较大时,内混合气溶胶粒子的多次散射特性不可忽略,多次散射特性也是影响光传输的关键因子。近年来,国内外相关学者从不同的角度采用不同的方法对气溶胶多次散射特性进行了研究。对于多次散射特性,人们已经提出很多研究方法,如逐次迭代方法,以及建立于辐射传输方程的离散坐标法、球谐函数法、倍加累加法和蒙特卡洛法等。蒙特卡洛法作为处理光传输问题的常用方法,被广泛应用于光在多种介质的传输问题中,只要光子选取的足够多,便能够准确地模拟光子的多次散射问题。目前应用蒙特卡洛法研究内混合气溶胶多次散射特性时,为了方便起见,常假定其为单一均匀的粒子,不区分内混合的模型,就会产生较大的误差。因此,本专利技术结合实际大气中气溶胶内混合的模型,考虑单个内混合气溶胶粒子的散射特性,应用蒙特卡洛法对光在 ...
【技术保护点】
1.一种内混合气溶胶光散射特性的计算方法,其特征在于:包括如下步骤:1)内混合气溶胶单次散射特性计算:根据内混合气溶胶模型,计算各类型气溶胶粒子单次散射特性:内混合气溶胶模型包括均匀混合模型及分层球混合模型,对于均匀混合模型,先计算粒子混合后等效折射率,再应用均匀球米散射理论计算其散射特性;对于分层球混合模型应用分层球米散射理论计算该内混合气溶胶粒子的非对称因子和单次散射反照率;2)光子状态初始化:光子从发射机发出,初始偏转角θ0在光束发散角2θ1内均匀发射,cosθ0在[cosθ1,1]之间均匀分布,则初始偏转角θ0可以抽样表示为:θ0=arccos[1‑r(1‑cosθ1)] (1)式中r为[0,1]区间内均匀分布的随机数;初始方位角
【技术特征摘要】
1.一种内混合气溶胶光散射特性的计算方法,其特征在于:包括如下步骤:1)内混合气溶胶单次散射特性计算:根据内混合气溶胶模型,计算各类型气溶胶粒子单次散射特性:内混合气溶胶模型包括均匀混合模型及分层球混合模型,对于均匀混合模型,先计算粒子混合后等效折射率,再应用均匀球米散射理论计算其散射特性;对于分层球混合模型应用分层球米散射理论计算该内混合气溶胶粒子的非对称因子和单次散射反照率;2)光子状态初始化:光子从发射机发出,初始偏转角θ0在光束发散角2θ1内均匀发射,cosθ0在[cosθ1,1]之间均匀分布,则初始偏转角θ0可以抽样表示为:θ0=arccos[1-r(1-cosθ1)](1)式中r为[0,1]区间内均匀分布的随机数;初始方位角在[0,2π]间均匀分布,可以抽样表示为:光子的初始传输方向D0由θ0和决定,可表示为光子的随机运动步长lm可根据比尔定律抽样表示为:式中σ为大气的消光系数,因此光子首次发生散射的位置P1点的坐标可表示为:P1(x1,y1,z1)=O(0,0,0)+lmD0(5)3)光子位置和光能量传输跟踪:选取HG散射相函数确定每次碰撞之后的散射角,HG散射相函数的表达式为:式中g为光子所碰到的内混合气溶胶粒子的非对称因子,对散射相函数进行抽样即可得到散射角θs的表达式,当g≠0时:当g=0时:θs=arccos(2r-1)(8)同样方位角在[0,2π]间均匀分布,可抽样表示为:假设光子第m次碰撞时的坐标位置已知,为Pm(xm,ym,zm),光子从Pm点散射到Pm+1的方向余弦为:则光子第m次碰撞...
【专利技术属性】
技术研发人员:马愈昭,刘文荣,高慧靓,熊兴隆,
申请(专利权)人:中国民航大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
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