温湿度对海洋气溶胶散射特性的影响分析＊

张用宇 左丽芬 任席闯 崔 洁

（中国人民解放军91469部队 北京 100841）

1 引言

激光在大气介质中传输时会因为气体分子及气溶胶的吸收和散射引起光束能量衰减，粒子的半径和折射率值影响散射特性，消光系数是反映光能量的衰减情况的重要参数，计算激光大气传输的消光特性时多采用米散射模型。温度和湿度分别对气溶胶粒子的折射率和半径有影响。在海洋大气环境中，气溶胶粒子多为吸湿性，即气溶胶粒子半径随着湿度变化而变化［1～2］，为了分析不同温度、湿度条件下气溶胶粒子的散射，采用蒙特卡罗方法对单球形粒子的散射进行了仿真，得出了温湿度对海洋气溶胶粒子的具体影响结论。由于温度、湿度同时影响雷达波段大气折射率［3～4］，因此利用激光波段大气散射情况可以间接反映出雷达波段大气折射率的变化情况，为海洋大气中蒸发波导的探测提供了另外一种思路。

2 单球形粒子散射

单个球形粒子的散射的影响因素主要有粒子半径r、激光波长λ、粒子与介质的相对折射率m。如图1构造散射坐标系，粒子中心为坐标原点O，激光束沿着z轴入射到粒子上。由米散射理论计算可以得出与粒子中心O相距为r处P点的散射光强为［5］

图1 单球形粒子光散射示意图

与角度相关的散射光强度I（θ，φ）为

I1、I2分别表示垂直及平行于散射平面的散射强度函数分量，而S1、S2表示幅值函数，具有无穷级数的形式：

S1称为散射光复振幅的垂直分量，S2称为散射光振幅的平行分量，an、bn为米散射系数，α＝2πr／λ是粒子的尺度参数、m＝m1－im2是粒子相对于周围介质的相对折射率，粒子的散射特性受粒子半径和折射率影响较大。……