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有效介质理论对致密内混合粒子光散射适用性

张小林 黄印博 饶瑞中

张小林, 黄印博, 饶瑞中. 有效介质理论对致密内混合粒子光散射适用性[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1477-1483.
引用本文: 张小林, 黄印博, 饶瑞中. 有效介质理论对致密内混合粒子光散射适用性[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1477-1483.
Zhang Xiaolin, Huang Yinbo, Rao Ruizhong. Validity of effective medium theory in light scattering of compact internal-mixed particles[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5): 1477-1483.
Citation: Zhang Xiaolin, Huang Yinbo, Rao Ruizhong. Validity of effective medium theory in light scattering of compact internal-mixed particles[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5): 1477-1483.

有效介质理论对致密内混合粒子光散射适用性

基金项目: 

国家自然科学基金(40905009);973 计划国家重点基础研究发展计划(2013CB955802)

详细信息
    作者简介:

    张小林(1982-),男,博士生,主要从事大气气溶胶光学特性方面的研究。Email:xolnzhang@gmail.com

  • 中图分类号: P427

Validity of effective medium theory in light scattering of compact internal-mixed particles

  • 摘要: 利用离散偶极子近似法和Bruggeman有效介质理论,研究了含有黑碳和硫酸盐两种成分的内混合致密气溶胶粒子在尺度参数变化范围为0.1~25 时的光学特性,并通过分析比较两种算法计算光学特性的差别研究了有效介质理论对致密内混合粒子光散射的适用性。对单分散系,有效介质理论在瑞利散射区具有较好的适用性,能较好地被用来近似计算内混合粒子的消光、吸收、散射、后向散射效率因子、不对称因子、消光后向散射比和单次散射反照率,相对偏差皆在7%以内;而有效介质理论在米散射区的适用性较差,相对偏差最大可分别达到25%、88%、66%、5 000%、42%、1 100%和47%,但当内混合体所含的内核较小(体积比1%以内)时仍可以近似使用。在粒子尺度参数大于4 时,有效介质理论基本上会低估散射效率因子,却会高估吸收效率因子和不对称因子。而对多分散系,有效介质理论能近似用来计算各光学参量,相对偏差在9%以内。
  • [1] Rao Ruizhong. Combined effect of turbulence and thermal blooming of laser propagation in atmosphere [J]. Infrared and Laser Engineering, 2006, 35(2): 130-134. (in Chinese)饶瑞中. 激光大气传输湍流与热晕综合效应[J]. 红外与激光工程, 2006, 35(2): 130-134.
    [2]
    [3]
    [4] Huang Yinbo, Wang Yingjian. Effect of the measurement errors of atmospheric parameters on the laser propagation effects [J]. High Power Laser and Particle Beams, 2006,18(5): 720-724. (in Chinese)黄印博, 王英俭. 激光传输大气参量测量精度要求的数值分析[J]. 强激光与粒子束, 2006, 18(5): 720-724.
    [5]
    [6] Haywood J M, Shine K P. Multi-spectral calculations of the direct radiative forcing of tropospheric sulphate and soot aerosols using a column model [J]. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society-Part A, 1997, 123(543): 1907-1930.
    [7]
    [8] Kaufman Y J, Koren I, Remer L A, et al. The effect of smoke, dust, and pollution aerosol on shallow cloudd evelopment over the Atlantic Ocean [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2005, 102(32): 11207-11212.
    [9]
    [10] Waggoner A P, Weiss R E, Ahlquist N C, et al. Optical characteristics of atmospheric aerosols [J]. Atmos Environ,1981, 15: 1891-1909.
    [11] Horvath H. Estimation of the average visibility in central Europe[J]. Atmos Environ, 1995, 29: 241-246.
    [12]
    [13]
    [14] Tuch T, Brand P, Wichmann H E, et al. Variation of particle number and mass concentration in various size ranges of ambient aerosols in eastern Germany [J]. Atmos Environ,1997, 31: 4193-4197.
    [15] Krieger U K, Braun C. Light-scattering intensity fluctuations in single aerosol particles during deliquescence [J]. J Quant Spectrosc Radiat Transfer, 2001, 70: 545-554.
    [16]
    [17]
    [18] Brewer R, Belzer W. Assessment of metal concentrations in atmospheric particles from Burnaby Lake, British Columbia,Canada[J]. Atmos Environ, 2001, 35: 5223-5233.
    [19] Horvath H, Kasahara M, Pesava P. The size distribution and composition of the atmospheric aerosol at a rural and nearby urban location[J]. J Aerosol Sci, 1996, 27: 417-35.
    [20]
    [21] Park S S, Kim Y J, Fung K. Characteristics of PM2.5 carbonaceous aerosol in the Sihwa industrial area, South Korea[J]. Atmos Environ, 2001, 35: 657-65.
    [22]
    [23]
    [24] Moteki N, Kondo Y. Effects of mixing state on black carbon measurement by laser-induced incandescence [J]. Aerosol SciTechnol, 2007, 41: 398-417.
    [25]
    [26] Shiraiwa M, Kondo Y, Moteki N, et al. Evolution of mixing state of black carbon in polluted air from Tokyo[J]. Geophys Res Lett, 2007, 34: L16803.
    [27]
    [28] Mishchenko M I, Hovenier J W, Travis L D. Light Scattering by Nonspherical Particles: Theory Measurements, and Applications[M]. New York: Academic Press, 2000.
    [29] Draine B T, Flatau P J. Discrete-dipole approximation for scattering calculations[J]. J Opt Soc Am, 1994, 11: 1491-1499.
    [30]
    [31]
    [32] Draine B T, Flatau P J. Discrete dipole approximation for periodic targets: I. theory and tests[J]. J Opt Soc Am, 2008,25: 2693-2703.
    [33]
    [34] Draine B T, Flatau P J. Fast near-field calculations in the discrete dipole approximation for regular rectilinear grids [J].Optics Express, 2012, 20(2): 1247-1252.
    [35]
    [36] Fenn R W, Clough S A, Gallery W O, et al. Optical and infrared properties of the atmosphere [Z]//Chapter 18 in Handbook of Geophysics and the Space Environment[R]. AS Jursa. MA: Air Force Geophysics Laboratory, HanscomAFB, 1985.
    [37]
    [38] Bruggeman D A G. Calculation of various physics constants in heterogeneous substances. I. dielectricity constants and conductivity of mixed bodies from isotropic substances [J].Annalen der Physik, 1935, 24(5): 636-664.
  • [1] 杨伟荣, 潘永强, 郑志奇.  光学表面粒子污染物散射的单层薄膜调控特性 . 红外与激光工程, 2021, 50(12): 20210234-1-20210234-7. doi: 10.3788/IRLA20210234
    [2] 王菲菲, 李学彬, 郑显明, 张文忠, 罗涛, 朱文越, 成巍, 邓志武.  相对湿度和风速对海洋大气气溶胶粒子谱的影响 . 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 83-88. doi: 10.3788/IRLA201948.S117003
    [3] 滕曼, 庄鹏, 张站业, 李路, 姚雅伟.  大气气溶胶污染监测中应用的新型全天时户外型拉曼-米散射激光雷达系统 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 706001-0706001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0706001
    [4] 陶兆禾, 郑慧茹, 秦柳燕, 廖景荣, 徐媛媛, 王亚伟.  前后向散射特征分析下的白细胞亚型分类识别仿真研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 533001-0533001(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0533001
    [5] 李华贵, 李艳秋, 郑猛.  利用球-旋转椭球模型研究上皮组织散射特性 . 红外与激光工程, 2018, 47(2): 217004-0217004(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0217004
    [6] 耿蒙, 李学彬, 秦武斌, 刘泽阳, 鲁先洋, 戴聪明, 苗锡奎, 翁宁泉.  典型地区大气气溶胶谱分布和复折射率特征研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 311001-0311001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0311001
    [7] 张学海, 戴聪明, 武鹏飞, 崔生成, 黄宏华, 刘铮, 毛宏霞, 苗锡奎, 魏合理.  折射率和粒子尺度对大气气溶胶光散射特性的影响 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1211001-1211001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1211001
    [8] 林晓钢, 朱濠, 翁凌冬, 宛楠.  肺癌细胞及其聚苯乙烯微球模型的光散射研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1033001-1033001(6). doi: 10.3788/IRLA201792.1033001
    [9] 鲁先洋, 李学彬, 秦武斌, 朱文越, 徐青山.  海洋大气气溶胶粒子谱分布及其消光特征分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1211002-1211002(6). doi: 10.3788/IRLA201746.1211002
    [10] 尹凯欣, 王海涛, 范承玉.  黑碳-氯化钠内混合气溶胶粒子有效吸收研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 411002-0411002(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0411002
    [11] 李树旺, 邵士勇, 梅海平, 饶瑞中.  大气吸收性成分的光热干涉法测量 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 163-168. doi: 10.3788/IRLA201645.S111002
    [12] 吕炜煜, 苑克娥, 魏旭, 刘李辉, 王邦新, 吴德成, 胡顺星, 王建国, 马振富.  对流层气溶胶和水汽的车载激光雷达系统的探测 . 红外与激光工程, 2016, 45(3): 330001-0330001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0330001
    [13] 邵士勇, 梅海平, 黄印博, 饶瑞中.  大气气溶胶等效吸收的研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1057-1061.
    [14] 王安祥, 吴振森.  光散射模型中遮蔽函数的参数反演 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 332-337.
    [15] 刘建斌, 曾应新, 杨初平.  基于离散偶极子近似生物细胞光散射研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2204-2208.
    [16] 屈檀, 吴振森, 牟媛, 李正军.  在轴零阶贝塞尔波束对手征介质球的散射特性分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2867-2872.
    [17] 刘强, 王贵师, 刘锟, 陈卫东, 朱文越, 黄印博, 高晓明.  基于光声光谱技术的大气气溶胶吸收系数测量 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 3010-3014.
    [18] 黄朝军, 吴振森, 刘亚锋.  1.06 μm激光气溶胶凝聚粒子散射特性 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2353-2357.
    [19] 王安祥, 吴振森, 曹运华.  硅太阳能电池板的光谱BRDF测量及色度特性的研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 3087-3095.
    [20] 巩蕾, 吴振森.  粗糙基底上涂层的极化双向反射分布函数 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 200-204.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-09-12
  • 修回日期:  2013-10-14
  • 刊出日期:  2014-05-25

有效介质理论对致密内混合粒子光散射适用性

    作者简介:

    张小林(1982-),男,博士生,主要从事大气气溶胶光学特性方面的研究。Email:xolnzhang@gmail.com

基金项目:

国家自然科学基金(40905009);973 计划国家重点基础研究发展计划(2013CB955802)

  • 中图分类号: P427

摘要: 利用离散偶极子近似法和Bruggeman有效介质理论,研究了含有黑碳和硫酸盐两种成分的内混合致密气溶胶粒子在尺度参数变化范围为0.1~25 时的光学特性,并通过分析比较两种算法计算光学特性的差别研究了有效介质理论对致密内混合粒子光散射的适用性。对单分散系,有效介质理论在瑞利散射区具有较好的适用性,能较好地被用来近似计算内混合粒子的消光、吸收、散射、后向散射效率因子、不对称因子、消光后向散射比和单次散射反照率,相对偏差皆在7%以内;而有效介质理论在米散射区的适用性较差,相对偏差最大可分别达到25%、88%、66%、5 000%、42%、1 100%和47%,但当内混合体所含的内核较小(体积比1%以内)时仍可以近似使用。在粒子尺度参数大于4 时,有效介质理论基本上会低估散射效率因子,却会高估吸收效率因子和不对称因子。而对多分散系,有效介质理论能近似用来计算各光学参量,相对偏差在9%以内。

English Abstract

参考文献 (38)

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