用Mie散射理论计算大气气溶胶光学特性

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1、第22卷第4期原子与分子物理学报Vol.22№.42005年10月JOURNALOFATOMICANDMOLECULARPHYSICSOct.2005文章编号：1000-0364（2005）04-0701-07用Mie散射理论计算大气气溶胶光学特性✷麻金继1，2✷✷，陈瑾1（1.安徽师范大学物理与电子信息工程学院，芜湖241000；2.中科院安徽光学精密机械研究所遥感室，合肥230031）摘要：本文在已知厦门海域气溶胶粒子谱分布的基础上，用MIE散射理论计算了该地区气溶胶粒子的光学特性，得到了气溶胶

2、粒子的散射截面、吸收截面、消光截面与波长的关系，散射相函数以及偏振相函数，并用实验对两个相函数加以了验证。此结论为研究大气矢量辐射传输提供了很好的方法；尤其偏振相函数的提出为今后用偏振的方法研究大气提供了理论依据。关键词：气溶胶；相函数；偏振；光学特性；MIE理论中图分类号：O561.3文献标识码：AUsingtheMIEtheorytocalculateaerosolopticalcharacterizationMAJin-ji1，2，CHENGJin1（1.CollegeofPhysicsand

3、ElectronicInformation，AnhuiNormalUniversity，Wuhu24100，P.R.China；2.AnhuiInstituteofOpticsandFineMechanics，ChineseAcademyofSciences，Hefei230031，P.R.China）Abstract：Baseontheaerosolsizedistributionfunction，wehavereportedtheaerosolopticalcharacterization，su

4、chasscattering，Extinction，Absorptionefficiencyandcoefficient，scatteringandpolarphasefunctionoverXiaMen’sseabyusingtheMietheoryinthispaper.TheseresultsprovideexcellencemethodtoresolvethevectorRTE.Thepolarphasefunctionprovidesthetheoriesbasisinordertores

5、earchatmospherebyusingthepolarizationofmethodinthefuture.Keywords：Aerosol，Phasefunction，Polarization，Opticalcharacterization，Mietheory1引言中最重要的要先清楚气溶胶粒子的性质。如散射相函数，散射截面，吸收截面和单次反照率等等，因大气中含有悬浮的各种固体和液体粒子，例如而有必要对此研究。尘埃、烟粒、微生物、植物的孢子和花粉，以及由水本文在解麦克斯韦方程的前提下，用MIE

6、理和冰组成的云雾、冰晶和雨雪等粒子，这些粒子统论编程计算了厦门海域大气气溶胶粒子的散射截称为大气气溶胶粒子。它们对地球大气辐射收支面、吸收截面、消光截面与波长的关系，散射相函数平衡和全球气候有着重要影响，要想清晰的了解这和偏振相函数，得到了该地区大气气溶胶的光学特种影响必须解辐射传输方程。在解辐射传输方程性。✷收稿日期：2004-10-20基金项目：安徽师范大学专项资金资助（2005xzx16）作者简介：麻金继（1975-）男，安徽当涂人，安徽师范大学讲师，现在中科院安徽光机所攻读博士学位，主要从事

7、遥感应用的研究。✷✷通讯联系人：麻金继，E-mail：jinji-ma@yahoo.com.cn702原子与分子物理学报2005年2Mie散射理论公式太阳辐射能量在大气中传输，将受到大气分子和气溶胶粒子的散射和吸收。气溶胶粒子对辐射传输能的散射和吸收不仅与粒子的数密度和半径有关，还与它的复折射指数有关。根据MIE理论，可得到单个粒子的散射、消光和吸收效率因子的函数［1］。（λ，r，m）α（λ，r，m）Eσs2（2n+1）［

8、a（x，m）

9、22］（1）Qs2E2∑n+

10、bn（x，m）

11、πrxnE1（λ

12、，r，m）ασe2Qe（λ，r，m）E2E2∑（2n+1）!e［an（x，m）+bn（x，m）］（2）πrxnE1Qa（λ，r，m）EQe（λ，r，m）-Qs（λ，r，m）（3）其中xE2πr／λ，λ是波长；r是气溶胶粒子半径；m是粒子复折射指数；a（x，m）是电多极系数；b（x，nnm）是磁多极系数；σs，σe分别是单个粒子的散射和消光截面。我们定义单粒子体系的散射相函数和偏振相函数如下：pa（λ，r，m，θ）E2π［

13、S（x，m，θ）

14、2+

15、S2（x，m，θ）

16、2