空间尘埃等离子体电磁散射特性研究

基于尘埃等离子体Mie-Debye散射模型,研究平衡态下尘埃等离子体中带电尘埃的电磁散射特性.根据输运理论计算高层大气环境中尘埃等离子体层的电磁散射场,给出电磁波垂直入射时尘埃等离子体层的反射函数,同时分析不同浓度、不同粒径分布状态下尘埃等离子体层对电磁波传播的影响.结果表明:尘埃粒子尺度对其电磁散射特性影响非常大;在对数正态分布情况下,当入射波长远大于Debye半径时,尘埃等离子体的散射主要表现为Debye散射,而入射波长远小于Debye半径时,Mie散射占主要部分;并且尘埃等离子体层对电磁波的衰减随尘埃粒子浓度以及尘埃粒子半径的增大而明显增强.     

超声实验中谱比法衰减的散射与本征吸收特性

实际地球介质的弹性波衰减,无论是对于地球内部结构反演、含油气储层描述,还是对于地震岩石物理本身的基础研究而言,都十分重要.通过岩石物理实验测量岩石的弹性波衰减是相关研究的基本手段,而谱比法是一种最常用的测量方法.利用谱比法测量的弹性波衰减,简称谱比法衰减,由介质的本征吸收特性和非均质散射特性共同决定.然而,在谱比法理论中,没有将这两种衰减特性的作用区分对待.因此,实验室测量的谱比法衰减中是否含有散射特性,其散射特性是否可以忽略,常不明确.本文基于对岩石物理实验中样品波形特征的基本认识,通过能流理论描述了弹性波的本征吸收和非均质散射过程,以及对应的尾波形成机理.文章还应用能流理论测量岩石的弹性波衰减,即能流法衰减.无论是通过理论推导,还是通过实验验证,谱比法衰减与能流法衰减都显示出良好的一致性.这两种直达波衰减的一致性暗示了谱比法衰减中存在着两种衰减特性.文中还对比分析了谱比法衰减与喷射流本征衰减的实验结果,该结果同样展示了谱比法衰减中可能存在着散射特性.因此,通过能流理论,可以利用样品波形的尾波特征定性判断谱比法衰减中可能存在的散射特性.即异常明显的尾波振幅可能意味着强烈的直达波非均质散射,谱比法衰减中的散射特性因而不可忽略.     

不同散射模式下S波包络合成

为揭示地震波在地壳小尺度非均匀介质中的散射过程,更准确地描述地震波的包络展宽现象,本文基于多次各向异性散射理论,采用离散波数法求解能量密度积分方程,选取高斯型自相关函数表征的散射模式,得到S波能量密度包络。基于此,本文首先分析了单次散射和多次散射在形成S波能量密度包络中的贡献规律;然后探讨了吸收系数和总散射系数对合成S波能量密度包络的影响;最后对比了在不同散射模式下合成的S波能量密度包络的差异。结果显示:① 不同的散射模式下单次散射和多次散射对地震波散射过程的贡献规律是一致的,对于近震（震源距小于100 km）,单次散射模型可以近似合成S波能量密度包络;随着震源距增大,多次前散射模型可以更快地接近总能量密度包络;② 吸收系数增大会降低直达S波和尾波幅值,总散射系数增大会降低直达S波幅值,但使得S波尾波幅值升高;③ 前散射模式下S波能量密度包络随震源距的增大会导致峰值延迟,包络展宽,尾波衰减一致性更快等现象产生。      

太湖水体散射特性及其空间分异

利用Wetlabs公司研制的AC-S和BB9于2006年10月24目至11月2目对太湖水体的散射系数和后向散射系数进行了测量,在此基础上建立了太湖水体散射系数与后向散射系数之间的关系模型。用2种曲线函数模拟,即在蓝光波段使用S形曲线模型,在绿光和红光波段使用逆函数模型,各模型的MAPE和RMSE变化范围分别为0.027-0.156m^-1、0.005-0.050m^-1,模型整体预测精度都较高。研究发现后向散射系数与散射系数的空间分异现象明显,北部梅梁湾、湖心区、西部及西南部水域散射较强,而东太湖、胥口湾等东部水域的散射相对较弱。     

非高斯粗糙面电磁散射特性的谱估计方法

计算粗糙面电磁散射特性的方法有微扰法、基尔霍夫近似法以及双尺度法,这些方法都有各自的适用范围.根据近代谱估计的原理,基于粗糙面高度起伏的谱分布特征,提出了一种用近代谱估计方法计算粗糙面电磁散射的新方法.这种方法只要了解粗糙面的Fourier频域分布,就可计算粗糙面的电磁散射特征.最后对谱估计方法和传统的几种方法进行比较,表明这种方法在一定情况下能够对粗糙面的散射特征进行分析,而且与论述类似问题的文献的结果相当吻合.     

富营养化湖泊典型水华蓝藻的固有光学特性

固有光学特性是水体光学特性的重要内容,掌握富营养化湖泊水体内典型水华蓝藻的固有光学特性,是开展不同水华蓝藻遥感识别的理论基础.利用AC-S吸收衰减仪、BB9后向散射仪,通过实验室纯藻培养,研究微囊藻（Microcystis）、鱼腥藻（Dolichospermum）和束丝藻（Aphanizomenon）3种典型水华蓝藻的固有光学特性,并探讨色素浓度、色素占比以及藻类等效粒径对不同水华蓝藻固有光学特性的影响.结果表明,3种典型水华蓝藻的吸收光谱曲线均具有440、620和675 nm吸收峰,微囊藻620和675 nm的比吸收系数最大,鱼腥藻440 nm处的比吸收系数最大;束丝藻单位色素浓度的散射和后向散射能力最高,鱼腥藻次之,微囊藻最低;固有光学特性影响因子分析表明,色素浓度和藻蓝素占比是影响3种水华蓝藻固有光学特性的主要因素.3种蓝藻的吸收系数、散射系数以及鱼腥藻、束丝藻的后向散射系数均随着色素浓度（叶绿素a或藻蓝素）的增加而增大;当蓝藻中藻蓝素占比增加时,3种蓝藻的单位色素浓度的后向散射系数逐渐下降;而藻细胞粒径与固有光学特性之间并未表现出很好的相关性.因此,3种水华蓝藻单位色素浓度的固有光学特性将为典型水华蓝藻的遥感识别提供重要的理论基础和数据支持.     

TOMRADE和MODTRAN 3.7模式研究紫外后向散射探测臭氧总量问题的比较

本文利用MODTRAN 3.7和TOMRADE模式分别计算了308.0 nm、312.5 nm、317.5 nm、322.3 nm、331.2 nm、360.0 nm六个紫外波段的后向散射强度并进行了比较,且利用两个模式计算得到的插值表,对EPTOMS实测资料分别进行反演,得到结论如下：1）两模式算得的后向散射强度随着太阳天顶角、卫星天顶角、地表反照率的变化特性基本一致,均能较好的反映紫外后向散射的辐射特性;2）总体而言,两模式计算的后向散射强度值相对偏差在－6％～18％之间;3）分别把MODTRAN 3.7和TOMRADE模式计算的插值表用于2003年7月30日中纬度地区EPTOMS实测资料的反演,得到的臭氧总量相对偏差在－3％～5％之间.本文对紫外波段大气辐射传输模式的研究和紫外后向散射探测臭氧总量的反演误差研究有着重要意义.     

太湖水体秋季散射特性及其相关因素分析

水体散射特性的研究是水色遥感和水生态学研究中重要的组成部分.通过对2007-11-08至2007-11-21在太湖获取的水体固有光学属性和室内水样分析数据的分析,研究太湖水体散射特性及其相关因素.结果表明,太湖水体散射系数与波长之间存在幂函数递减规律,平均幂指数为0.82±0.21,变异系数为25.39%;粒径分布斜率与幂指数以及散射系数ln(550nm)/1n(756nm)之间存在线性相关,R2分别为0.894和0.783;后向散射率与无机悬浮物浓度之间指数负相关R2=0.854;折射指数与无机悬浮物浓度和无机物与有机物的比例之间指数负相关,R2分别为0.851和0.781.     

多次各向异性散射模式对S波能量密度包络曲线的影响

在多次各向异性散射理论的基础上,本文重新推导了方向性散射系数的球函数展开式.引入特征时间的概念,来定义震源处初始地震波脉冲宽度,并在地震波能量密度积分方程中引入任意给定频率的初始脉冲能量谱密度的解析表达.通过离散波数方法求解了修正的地震波能量密度积分方程.基于积分方程的数值解,研究了不同散射模式对S波能量密度包络曲线的影响.计算结果表明:随着震源距的增加,在S波到时之后,多次各向异性散射模式与多次各向同性散射模式合成的能量密度包络差异逐渐增大.其中通过多次前散射模式,我们可以得到不同震源距的尾波能量密度包络的同一衰减趋势,以及S波能量密度包络随着震源距的增加而出现的展宽现象.最后,利用美国内华达州Wells地震余震的台站记录验证了多次前散射模式的实用性与有效性.     

泡沫覆盖的随机粗糙海面的双站散射和热辐射

从双尺度随机粗糙面的散射理论和矢量辐射传输理论出发，将具有白帽泡沫覆盖的风驱海面模拟成一层离散球形粒子下垫双尺度随机粗糙界面的复合模型．利用Ｐｉｅｒｓｏｎ的半经验海洋波高谱和修正的Ｃｏｘ和Ｍｕｎｋ的坡度分布函数，推导了强风驱使下白帽泡沫覆盖的随机起伏海面的双站散射系数和热发射率，得到了极化的双站散射和热发射与海面各物理参数之间定量的函数关系．数值计算的结果与已有的海洋遥感实验数据进行了比较和讨论．