温湿度对海洋气溶胶散射特性的影响分析

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1、总第２２０期舰船电子工程Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．１０２０１２年第１０期ＳｈｉｐＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１２＊温湿度对海洋气溶胶散射特性的影响分析张用宇左丽芬任席闯崔洁（中国人民解放军９１４６９部队北京１００８４１）摘要根据米散理论，利用蒙特卡洛方法对不同湿度、温度条件下，海洋大气中气溶胶粒子的散射问题进行了详细分析，并分别对两种情况下的传输效果进行了仿真计算，结果表明，在其它外界条件相同的情况下，大气湿度越大，海洋气溶胶粒子半径越大，回波信号幅值越小，信号衰减越快；大气温度越高，回波信号幅值

2、越强，从理论上证明了用激光方法探测大气波导具有一定的可行性。关键词湿度；消光系数；散射特性；气溶胶中图分类号ＴＮ２１９ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＡｅｒｏｓｏｌＳｃａｔｔｅｒｉｎｇＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓＢａｓｅｄｏｎＥｖａｐｏｒａｔｉｏｎＤｕｃｔＺＨＡＮＧＹｏｎｇｙｕＺＵＯＬｉｆｅｎＲＥＮＸｉｃｈｕａｎｇＣＵＩＪｉｅ（Ｎｏ．９１４６９ＴｒｏｏｐｓｏｆＰＬＡ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８４１）ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎＭｉｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｌａｓｅｒｂｅａ

3、ｍｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｔｙｐｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗａｓｔｈａｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙ．Ｗｉｔｈｍｏｎｔｅｃａｒｌｏｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｅｒｏｓｏｌｓｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｃｈａｒａｃ－ｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｌａｓｅｒｂｅａｍｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｔｙｐｉｃａｌｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗａｓａｎａ

4、ｌｙｚｅｄ．Ｉｔｃａｍｅｔｏｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｌａｓｅｒｂｅａｍｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｈａｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｅａｔｕｒｅｓｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｄｕｃｔｅｘｉｓｔｏｒｎｏｔ．Ｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｗａｓｔｈａｔ，ｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆａｔｍｏｓ－ｐｈｅｒｉｃａｅｒｏｓｏｌｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｈｅｎｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｈｕｍｉｄｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｅａｋｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｒｅｔｕｒｎｓｉｇｎａｌｄｅｃｒｅａｓ

5、ｅｄ，ｔｈｅｓｉｇｎａｌａｔｔｅｎｕａｔｅｄｆａｓ－ｔｅｒ．Ｔｈｅｐｅａｋｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｒｅｔｕｒｎｓｉｇｎａｌｂｅｃａｍｅｓｔｒｏｎｇｅｒｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｓｅｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｄｕｃｔｗｉｔｈｌａｓｅｒｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｂａｂｌｅ．ＫｅｙＷｏｒｄｓｈｕｍｉｄｉｔｙ，ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｅｒｏｓｏｌＣｌａｓｓＮｕｍｂｅｒＴＮ２

6、１９上。由米散射理论计算可以得出与粒子中心Ｏ相距为ｒ处１引言［５］Ｐ点的散射光强为激光在大气介质中传输时会因为气体分子及气溶胶的２（１）λＩｓｃａ＝Ｉ０２２Ｉ（θ，φ）吸收和散射引起光束能量衰减，粒子的半径和折射率值影４πｒ响散射特性，消光系数是反映光能量的衰减情况的重要参其中θ为ＯＰ→与入射光方向之间的散射角，φ为入射光的电数，计算激光大气传输的消光特性时多采用米散射模型。矢量相对于散射面的夹角。温度和湿度分别对气溶胶粒子的折射率和半径有影响。在海洋大气环境中，气溶胶粒子多为吸湿性，即气溶胶粒子半

7、［１～２］，为了分析不同温度、湿度条件径随着湿度变化而变化下气溶胶粒子的散射，采用蒙特卡罗方法对单球形粒子的散射进行了仿真，得出了温湿度对海洋气溶胶粒子的具体影响结论。由于温度、湿度同时影响雷达波段大气折射图１单球形粒子光散射示意图［３～４］，因此利用激光波段大气散射情况可以间接反映出率与角度相关的散射光强度Ｉ（θ，φ）为雷达波段大气折射率的变化情况，为海洋大气中蒸发波导２２的探测提供了另外一种思路。Ｉ（θ，φ）＝Ｉ１ｓｉｎφ＋Ｉ２ｃｏｓφ２２（θ）２２（２）＝Ｓ１（θ）ｓｉｎφ＋Ｓ２ｃｏｓφ２单球形粒

8、子散射Ｉ１、Ｉ２分别表示垂直及平行于散射平面的散射强度函单个球形粒子的散射的影响因素主要有粒子半径ｒ、激数分量，而Ｓ１、Ｓ２表示幅值函数，具有无穷级数的形式：光波长λ、粒子与介质的相对折射率ｍ。如图１构造散射坐∞２ｎ＋１Ｓ１（θ）＝∑［ａｎπｎ（ｃｏｓθ）＋ｂｎτｎ（ｃｏｓθ）］（３）标系，粒子中心为坐标原点Ｏ，激光束沿着ｚ轴入射到粒子ｎ（ｎ＋１）ｎ＝１＊收稿日期：２０１２年４月３日，修回日期：２０１２年５月１８日作者简介：张用宇，男，硕士