51, 120101(2014)
激光与光电子学进展
Laser & Optoelectronics Progress
©2014《中国激光》杂志社
120101-1
基于雾滴谱分布的雾场散射特征分析
魏海亮
1
邵利民
2
李天伟
3
1
海军大连舰艇学院研究生管理大队, 辽宁 大连 116018
2
海军大连航艇学院军事海洋系, 辽宁 大连 116018
3
海军大连舰艇学院航海洋系, 辽宁 大连 116018
摘要 不同地区的平流雾和辐射雾具有差异化的雾滴谱分布,导致雾场对光辐射具有不同的衰减特性。Mie 散射适
用于描述雾场气溶胶微粒的散射与衰减,光传播遵循动态的粒子数守恒过程。采用雾滴谱分布函数修正气溶胶微粒
的相位矩阵,分析了红外光在雾场气溶胶微粒团簇中的散射光偏振性。结果表明,决定雾场气溶胶微粒退偏特性的
因素主要包括雾滴谱分布、雾滴折射率、吸收系数以及入射波长等。在前向散射区域内,退偏性随能见度的增加而减
弱,在大部分后向散射区域内,表现出相反的趋势。
关键词 大气光学; 大气散射; 多重散射; 雾滴谱; 偏振性
中图分类号 O436.2 文献标识码 A doi: 10.3788/LOP51.120101
Fog Field Scattering Analysis with Drop Size Distribution
Wei Hailiang
1
Shao Limin
2
Li Tianwei
3
1
Department of Graduate Management, Dalian Naval Academy, Dalian, Liaoning 116018, China
2
Department of Military Oceanography, Dalin Naval Academy, Dalian, Liaoing 116018, China
3
Department of Navigation, Dalian Naval Academy, Dalin, Liaoning 116018, China
Abstract There exist various of fog drop size distributions in advection fog and radiation fog, which result in
the different attenuation performances as light propagates in fog field. Mie theory can describe the scattering
and attenuation of aerosol particles in fog field, while light propagation follows the principle of dynamic
particles conservation. In this paper, fog drop size distribution is applied to modify the scattering phase matrix
of aerosol particles, and the scattered light′ s polarization can be solved when infrared light penetrates into
aerosol particle clusters. The results show that aerosol particles′ depolarization mainly depends on fog drop size
distribution, fog drop refractive index, absorption coefficient and incident wavelength. In the forward-scattering
area, depolarization decreases as visibility increases, while the opposite trend occurs in most backward-
scattering area.
Key words atmospheric optics; atmospheric scattering; multiple scattering; fog drop size distribution;
polarization
OCIS codes 010.1310; 290.1310; 290.4210; 290.5855
1 引 言
雾是自然 界 一 种常见的 大 气 运 动现象,它是悬 浮 在 近地面空气 中 沉 降的水滴 或 冰 晶点形成的 一 种 胶
体。对雾的形成机理和微结构
[1]
,雾滴谱的分布
[2-4]
,雾在毫米波段
[5]
、红外波段
[2,4,6]
,可见波段
[7-8]
的衰减特性,
雾的能见度
[9]
以及雾场的多重散射特性
[10]
研究较多,能够针对地区性的平流雾和辐射雾提出雾滴谱的特征,
分析雾场的消光特性等。
典型 的雾 滴谱 分布 模型 主要 有指 数谱 分布 (如
Γ
分布
[11]
)、幂指 数律 分布
[12]
、对数正态分布
[4]
等。 多地 区
收稿日期: 2014-05-10; 收到修改稿日期: 2014-06-17; 网络出版日期: 2014-11-27
基金项目: 国家博士后基金(2014M552659)
作者简介: 魏海亮(1985—),男,博士研究生,主要从事电磁波在海雾中传输特性方面的研究。
E-mail: 2247633582@qq.com
导师简介: 邵利民(1963—),男,教授,博士生导师,主要从事海洋气象方面的研究。E-mail: shaolimindl@sohu.com
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