The present invention relates to a method for calculating the light scattering characteristics of externally mixed aerosols, which includes the following steps: 1) calculating the single scattering characteristics of various aerosols; 2) initializing the photon state: determining the coordinates of point P1 where photons first scatter; 3) selecting collisions by sampling the mixing ratio of the number of aerosol particles of various types. Types of collision aerosols: 4) photon position and light energy transmission tracking; 5) photon reception judgment; 6) calculation of the scattering characteristics of external mixed aerosols. The method for calculating the light scattering characteristics of the external aerosol can simulate the light transmission process in the external aerosol by Monte Carlo method according to the mixing proportion of the number of external aerosol particles with different components, and further consider the scattering and absorption of light by different aerosol particles. The scattering characteristics of the external aerosol particles can be obtained.
【技术实现步骤摘要】
一种外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,特别是一种外混合气溶胶光散射特性的计算方法。
技术介绍
实际大气气溶胶是由多种成分混合而成的,大气中的气溶胶粒子按照产生来源可以分为自然因素和人为因素两个方面。自然因素主要来源于常见的自然现象,比如火山喷发、沙尘暴天气等。人为因素主要来源于煤炭等矿物质燃料的燃烧,尤其是在我国北方供暖期,煤炭燃烧量大,导致我国的雾霾天气越来越频发。随着工业化进程的推进,人为因素导致的排放到大气中的气溶胶粒子越来越多,其产生的黑碳和硫酸盐气溶胶占据了大气总气溶胶粒子的主要部分。因此实际大气中的气溶胶类型比较复杂,主要包括黑碳、硫酸盐、沙尘和硝酸盐等。不同类型的气溶胶具有不同的散射特性,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,会受到上述不同类型粒子组成的外混合气溶胶散射特性的影响,尤其是当大气中气溶胶粒子密度较大时,外混合气溶胶粒子之间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外混合气溶胶多次散射特性时,为了方便起见,常用粒子的等效折射率来计算。然而由于外混合气溶胶的等 ...
【技术保护点】
1.一种外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)气溶胶单次散射特性计算:根据组成外混合模型中各类型气溶胶粒子的半径大小,应用米散射理论计算不同类型气溶胶粒子的单次散射特性;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】
1.一种外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)气溶胶单次散射特性计算:根据组成外混合模型中各类型气溶胶粒子的半径大小,应用米散射理论计算不同类型气溶胶粒子的单次散射特性;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)按粒子个数混合比抽样选择气溶胶类型:根据两种气溶胶粒子的个数混合比例,按比例抽样选择碰撞的气溶胶类型。4)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为光子所碰到的外混合气溶胶粒子的非对称因子,我们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次碰撞后的迁移方向为:光子在某点与气溶胶粒子碰撞,在其...
【专利技术属性】
技术研发人员:马愈昭,刘文荣,刘嘉琪,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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