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大气中包含各种形状和成分的粒子,例如雨滴、冰雹、雪花、冰晶和沙尘等粒子。粒子散射特性的分析在气象领域有着广泛的应用,其中气象粒子的电磁和光散射特性研究更是一门对于国民经济和国防建设有着重大意义的研究课题。为了提高雷达系统的检测和预测能力,精确反演云和降水等天气现象的微物理性质,本文基于理论计算和实验测量研究了非球形气象目标的多次散射效应对其散射性质的影响,研究不仅包括传统气象雷达比较关注的后向散射截面,同时还分析了新型双偏振雷达参量的变化。（一）介绍球形和非球形粒子散射特性的计算理论,包括Mie散射理论、广义多粒子Mie理论、XFDTD软件、DDA和T矩阵方法,并进行了对比验证。（二）针对单个粒子散射特性的研究,利用XFDTD软件、DDA和T矩阵计算了单个非球形冰晶、雨滴、冰雹和沙尘的RCS和双偏振参量(Zdr和Ldr)的大小及变化规律。发现非球形粒子和其等效球形粒子RCS之间的差异在实际的精确探测中应该被考虑。同时发现,随着粒子直径和粒子旋转角度改变,六种冰晶粒子和扁椭球粒子的双偏振参量Zdr和Ldr的变化趋势和粒子的直径和形状都有明显的相关性。（三）针对非球形粒子群RCS受多次散射影响的研究,利用XFDTD、GMM和简单相加法分别计算了非球形云、降水、冰雹、沙尘粒子群的RCS,发现多次散射造成的平均差异分别为1.34%、15.23%、2.39%和6.33%。（四）利用电磁缩比理论和南京信息工程大学粒子散射测量装置测量了球形粒子群和非球形粒子群的RCS,对比结果后认为电磁相似理论能够应用于实验室粒子散射特性的测量。（五）针对多次散射因子的研究,提出了多次散射因子的概念,即粒子个数、谱分布、排布、间距、形状、材料和空间取向都会一定程度上的影响多次散射,这些影响多次散射程度的因子,称之为多次散射因子。较为完整的研究了等大双球系统在随机取向时于S、C和X波段的散射性质,包括了后向散射截面RCS,衰减截面Cext,散射截面Csca,不对称因子g,以及单次散射反照率w,发现球心间距为球体半径四倍处是双球系统多次散射影响大小的一个明确的分界点。讨论了降水、冰雹和沙尘粒子群中粒子的排布对非球形粒子群多次散射的影响。发现排布的平均影响分别为9.43dB,2.49dB和5.5dB。