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在现代社会,电磁波与人们日常生活密不可分,而光作为电磁波的一种,在目标探测、信息传输以及远距离成像等方面有着广泛的应用。在这些领域中,光要经过大气,受大气气溶胶散射的影响。但是,近年来雾霾天气的污染,使得大气成分和大气质量产生了重大变化,对上述工程领域的应用产生了重大影响,所以研究大气雾霾的光散射特性具有重要的意义。 本论文首先利用离散偶极子方法(Discrete Dipole Approximation,简称DDA)对从简单到基于Cluster-Cluster Aggregation,简称CCA)构建的复杂雾霾簇团粒子的散射特性进行了仿真计算,其参量主要包括散射场强度、效率因子及偏振度。其次,利用蒙特卡罗方法计算了具有一定尺度分布的雾霾介质中的光透射率随传输距离的变化趋势。本文计算的主要内容可以分为以下几方面; 一、利用离散偶极子方法对雾霾粒子的散射特性进行了初步研究,具体分为以下几个方面; 首先,利用Mie理论的解析解,对离散偶极子方法的计算结果进行了验证,保证了离散偶极子方法计算灰霾粒子散射特性的准确性。 其次,对简单形状的雾霾粒子的散射特性进行了研究。研究了球形粒子半径、雾霾各组分的复折射率对散射场强度、偏振度的影响;研究了灰霾球形粒子包水前后对散射场强度、效率因子以及偏振度的影响;在粒子半径一定时,研究了椭球形灰霾粒子的轴比对灰霾粒子散射场强度、效率因子以及偏振度的影响;在粒子半径一定时,研究了圆柱形粒子纵横比对散射场强度、效率因子以及偏振度的影响。 最后,对复合粒子的散射特性进行了计算。在半径一定时,计算了复合粒子的散射场强度和偏振度,并与球、椭球及圆柱形粒子进行了比对。计算了多组分的灰霾粒子包水前后的散射场强度、效率因子以及偏振度的变化情况。 二、利用CCA构建复杂雾霾簇团粒子模型,并利用离散偶极子方法研究了簇团粒子的散射特性。在雾霾簇团粒子等效半径和单体个数不变的情况下,计算了不同结构对散射场强度的影响。在等效半径不变的情况下,计算了单体个数对散射场强度的影响。分别计算了硫酸铵、碳溶胶及硝酸铵簇团结构的散射场强度及偏振度随散射角的变化趋势,并与相同半径的球形粒子进行了比对。将灰霾的各组分按一定比例混合,混合方式有三种,分别是单体均匀的混合簇团、单体是雾霾成份随机混合的簇团、等效为一个和簇团混合比例相同球形粒子,计算了这三种雾霾模型的散射场强度及偏振度随散射角的变化趋势,并将三种情况进行了比对。计算了硫酸铵、碳溶胶及硝酸铵单一成份、方向随机变化的簇团结构的散射场强度及偏振度随散射角的变化情况,效率因子随尺寸因子的变化情况。计算了灰霾的各组分按一定比例混合且方向随机变化的雾霾簇团粒子的散射场强度及偏振度的变化趋势,并将不同混合方式的计算情况进行了比对。计算了包水结构,方向随机变化的簇团粒子的散射场强度及偏振度随散射散射角的变化趋势以及效率因子随尺寸因子的变化趋势。 三、在雾霾粒子散射特性的基础上,运用蒙特卡罗方法(Monte Carlo Method,简称MC)研究了光在具有一定分布的雾霾介质中的透射率。主要包括以下几个方面: 首先,计算了煤烟和水溶胶的消光系数与透射率,发现与文献中的计算结果的变化趋势是一致的,从而为本文计算雾霾的透射率的可靠性提供了保障。 其次,计算了雾霾的透射率。计算了水雾粒子符合修正指数分布时,透射率随传输距离的变化趋势。计算了雾的海洋型分布和大陆型分布的透射率随传输距离的变化趋势。计算了各种灰霾组分的球形粒子符合正态分布时,透射率随传输距离的变化趋势;然后,将符合修正指数分布的球形水雾粒子和符合正态分布的球形粒灰霾子进行外混,计算了透射率随传输距离的变化趋势,并与只是灰霾的情况进行了比对。计算了灰霾球形粒子包水后符合正态分布时,透射率随传输距离的变化趋势。计算了簇团粒子包水后符合正态分布时,透射率随传输距离的变化趋势。