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基于离散坐标方法的紫外光大气传输特性研究

作　者: 朱孟真
导　师: 杨俊才
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 物理学
关键词: 紫外光散射相函数大气辐射传输非视线离散坐标劈裂法
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 102次
引　用: 5次
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内容摘要

随着紫外技术的发展,紫外通信、紫外成像、紫外侦查、紫外告警等技术受到越来越多的关注。紫外光在近地大气中传输特性的研究是紫外光应用技术中的关键技术之一,由于大气粒子对紫外光有强烈的散射,因而散射相函数的研究是紫外光大气传输研究必须解决的关键问题。本文从大气光学理论出发,运用球形粒子Mie散射理论,研究了近地大气中粒子对紫外光散射特性,并根据不同气象条件下的粒子谱分布情况,运用粒子群散射理论推导了不同天气条件下近似实际大气的相函数,模拟计算其散射特性,并与实验结果比较,发现运用粒子群Mie散射理论计算的紫外光散射相函数,比目前的经验公式精确度有较大的提高。鉴于已有软件模拟非视线紫外光传输的局限性,本课题在国内首次运用离散坐标法建立了紫外光非视线传输模型。从辐射迁移方程的守恒形式出发,将空间划分为网格,将4π立体角方向进行离散,采用解析法求辐射强度角分布在网格中心的值,并用劈裂法进行高精度、高效率的求解。由此建立的模型可以求出空间任意一点、任意方向、任意时刻的辐射能量值,解决了辐射传输方程散射项的问题和复杂边界问题。通过搭建紫外光大气传输实验平台。从实验上对运用粒子群散射理论计算的紫外光散射相函数和采用劈裂法对离散坐标化辐射传输方程求解的结果进行了验证,发现计算结果与实验结果吻合较好。为紫外通信总体方案的设计提供了理论依据。

全文目录

摘要  9-10
Abstract  10-11
第一章绪论  11-15
  1.1 课题的研究背景  11-12
  1.2 紫外光大气散射传输模拟的研究现状  12-13
  1.3 课题主要研究工作和意义  13-15
第二章基本理论及模型介绍  15-26
  2.1 地球大气的组成和结构  15-18
  2.2 大气散射与辐射传输的基本理论  18-23
    2.2.1 辐射度量参数  18-19
    2.2.2 散射相关理论和物理量  19-23
  2.3 单次散射和Monte Carlo模型简介  23-26
    2.3.1 单次散射传输模型简介  23-24
    2.3.2 Monte Carlo传输模型简介  24-26
第三章紫外光散射的理论、模拟与实验对比  26-45
  3.1 单粒子Mie散射理论与模拟  26-30
  3.2 不同天气条件下的散射相函数  30-35
    3.2.1 粒子群的Mie散射相函数  30-31
    3.2.2 不同气象条件下的大气状态  31-35
  3.3 不同气象条件下的散射相函数模拟  35-38
  3.4 与经验公式的比较  38-40
  3.5 紫外光散射的实验与分析  40-45
    3.5.1 实验安排和过程  40-42
    3.5.2 实验结果与分析  42-45
第四章离散坐标传输模型的建立与分析  45-56
  4.1 离散坐标方法简介  45
  4.2 辐射传输方程  45-46
  4.3 时空和方向的离散  46-48
  4.4 差分格式的选取  48-49
  4.5 辐射传输方程的离散化  49-51
  4.6 数值计算的方法  51-53
  4.7 模型的设计与程序实现  53-54
  4.8 模型的验证与分析  54-56
第五章总结与展望  56-58
  5.1 总结  56-57
  5.2 本文的不足与展望  57-58
参考文献  58-61
附录  61-62
硕士期间取得的主要成果  62-63
致谢  63

基于离散坐标方法的紫外光大气传输特性研究

内容摘要

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