非球形气溶胶粒子散射特性及其等效Mie散射误差分析-气象科学.PDF

第３４卷　 第６期 气 象 科 学 Ｖｏｌ． ３４，Ｎｏ．６ 　 ２０１４年１２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｄｅｃ．，２０１４　 胡帅，高太长，刘磊．非球形气溶胶粒子散射特性及其等效Ｍｉｅ散射误差分析．气象科学，２０１４，３４（６）：６１２⁃６１９． ＨＵ Ｓｈｕａｉ，ＧＡＯＴａｉｃｈａｎｇ，ＬＩＵＬｅｉ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｍｉｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｅｒｒｏｒｓｏｆ ｎｏｎ⁃ｓｐｈｅｒｉｃａｌａｔｍｏｓ⁃ ｐｈｅｒｉｃａｌ ａｅｒｏｓｏｌｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１４，３４（６）：６１２⁃６１９． ｄｏｉ：１０．３９６９／ ２０１３ｊｍｓ．００７３ 非球形气溶胶粒子散射特性及其 等效 Ｍｉｅ散射误差分析 胡帅　 高太长　 刘磊 （解放军理工大学 气象海洋学院，南京 ２１１１０１） 摘要　 为分析形状对气溶胶粒子散射特性的影响，采用Ｔ 矩阵法计算了０６３３ μｍ 波段（自然 光）不同种类、形状的气溶胶单粒子与体散射的散射相函数，并讨论了气溶胶粒子形状畸变与等效 Ｍｉｅ散射误差的变化规律。 结果表明：粒子形状畸变对气溶胶粒子散射能量空间分布影响较大。 对于单粒子，各散射角上的等效Ｍｉｅ散射误差并不随粒子形状畸变程度单调变化。 从相对误差量 级上看，形状畸变对１８０°散射的影响强于０°，对３５°的散射影响相对较弱。 对于两种非球形粒子等 效方法，等表面积法优于等体积法。 不同类型的非球形气溶胶粒子体散射存在显著差异，沙尘性与 海洋性的等效Ｍｉｅ散射误差明显大于煤烟性与可溶性粒子；对于同一种气溶胶，形状的改变对侧向 与后向散射影响显著，对前向散射影响不大。 关键词　 气溶胶； 散射相函数； 等效Ｍｉｅ散射误差； 形状畸变 　 　 分类号：Ｐ４２６．３１　 　 　 ｄｏｉ：１０．３９６９／ ２０１３ｊｍｓ．００７３　 　 　 文献标识码：Ａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｍｉｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｎｏｎ⁃ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｌ ａｅｒｏｓｏｌｓ ＨＵ Ｓｈｕａｉ　 ＧＡＯ Ｔａｉｃｈａｎｇ　 ＬＩＵ Ｌｅｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｙ，ＰＬＡ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１０１，Ｃｈｉｎａ） 　 　 Ａｂｓｔｒａｃｔ　 Ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｈａｐｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｌ ａｅｒｏｓｏｌｓ，Ｔ⁃Ｍａｒｔｒｉｘ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｐｈａｓｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｓｈａｐｅｓ ａｔ ａ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ６３３ ｎｍ（ｕｎｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｌａｗ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｈａｐｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｍｉｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｈａｓｇｒｅａｔ ｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅ ｓ