【摘 要】
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卷云在大气环境中承担重要角色,它主要由冰晶粒子组成。研究卷云的微观物理特性对光通信技术、测云雷达、卫星遥感等具有重要意义。太赫兹波的波长与卷云冰晶粒子大小在同一尺度,因此在卷云探测中有着独特的优势。本文围绕水滴和冰晶粒子的散射和吸收特性展开研究,主要工作如下:1.针对94GHz、220GHz和340GHz三个频段,采用Mie散射法和离散偶极子近似法（Discrete Dipole Approxim
【基金项目】
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国家自然科学基金（41776181）重大仪器专项“高灵敏度毫米波太赫兹波双频共孔径联合相参云雷达仪应用研究”项目；
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卷云在大气环境中承担重要角色,它主要由冰晶粒子组成。研究卷云的微观物理特性对光通信技术、测云雷达、卫星遥感等具有重要意义。太赫兹波的波长与卷云冰晶粒子大小在同一尺度,因此在卷云探测中有着独特的优势。本文围绕水滴和冰晶粒子的散射和吸收特性展开研究,主要工作如下:1.针对94GHz、220GHz和340GHz三个频段,采用Mie散射法和离散偶极子近似法（Discrete Dipole Approximation,DDA）计算单个球形冰晶粒子的散射和吸收特性,并计算二者相对误差,通过分析对比验证DDA法的正确性。2.采用DDA法计算不同频率、不同复折射率对球形冰晶粒子的散射和吸收特性影响,解释了选择94GHz、220GHz和340GHz三个频段的原因;并计算了这三个频段下,球形冰晶粒子和球形水滴随等效半径变化的散射和吸收特性。3.采用DDA法计算340GHz太赫兹频段下,不同复折射率、不同频率、不同形状、不同纵横比以及不同空间取向对非球形冰晶粒子的散射和吸收特性的影响;并深入研究空间取向中θ角度间隔,对不同纵横比的六角形冰晶粒子的散射和吸收特性影响。4.提出了Modified-SDSU（Modified Satellite Data Simulator Unit,M-SDSU）模型,针对球形冰晶粒子对比分析了SDSU和M-SDSU模拟的结果,以此验证M-SDSU的正确性;并利用M-SDSU实现了非球形冰晶粒子正演模拟。结果表明:针对球形冰晶粒子,DDA法和Mie散射呈现几乎相同的结果,说明DDA法具有较好的计算精度。太赫兹频段粒子散射特征更丰富,更容易检测到冰晶粒子;不同频率、不同形状、不同纵横比以及不同空间取向都对冰晶粒子散射和吸收特性有一定程度的影响;将冰晶粒子形状都假设成球形或椭球形是不合理的;空间取向对不同纵横比的六角形冰晶粒子有不同程度的影响。相比传统SDSU模拟器,提出的M-SDSU模型是准确的,可以实现非球形冰晶粒子正演模拟。该研究结果为太赫兹频段卷云探测与太赫兹测云雷达的设计等提供了重要理论基础。
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