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【摘 要】本文初步研究了大气聚集粒子的电磁散射特性，研究了在忽略库仑相互作用影响的情况下，几种典型大气聚集粒子极化度的角分布。讨论了聚集粒子的散射特性和极化特性两个方面的性质。
【关键词】大气聚集粒子 电磁散射特性 极化度
近年来，很多科学领域的学者对大气聚集粒子的电磁辐射都产生了浓厚的研究兴趣。因为大气聚集粒子的散射相关理论应用是十分广泛的，在大气物理学和地球物理学领域，还有气象学、胶体化学，以及云中粒子的研究中都有涉及。大气聚集粒子组成等方面的性质多样性，使得关于大气辐射和输运等方面很难实现精确计算。然而大气聚集粒子的多元性，无规则粒子的电磁辐射等相关的难题，也一直是国际上关于散射理论研究的难点和焦点。尤其是在近几年，随着激光技术广泛的应用于通讯，关于大气聚集粒子在电磁传输和辐射输运等过程中对光的散射和吸收作用的相关研究得到了越来越多的关注和重视。
今些年，国外快速发展了多种关于非球性和非匀质聚集粒子的光散射计算方法，按计算模型思想的不同它们可以分为以下三类：解析方法、基于表面的数值方法、基于体积的矩阵方法。本文着重讨论聚集粒子的散射特性和极化特性两个方面的性质。同时也研究了球形聚集粒子、大气聚集粒子以及单个小粒子群的散射特性和极化特性以及其他方面的性质。
1. 大气聚集粒子的散射
极化和散射是电磁波在传播和输运过程中存在的两种固有的属性性质，其中极化描述的是以电场强度矢量的端点作为时间的函数所形成的空间轨迹的矢量旋进方向及形状，它说明了电场强度的幅度数值和取向随时间的变化规律特征。电磁散射矩阵是电磁波在与介质之间发生相互作用过程中，使其前后极化状态随机发生变化的一个过程衔接，包括了电磁波的散射和极化的所以信息参量和数据模拟值，同时能够间接的反应介质本身物理属性和特征。
2 大气聚集粒子电磁散射特性及极化度
2.1 大气聚集粒子散射特性
在宇宙空间中存在大量的大气聚集粒子，大到宇宙空间，小到实验室、家庭、汽车和工业加工车间都存在着大气聚集粒子，因此对大气聚集粒子的特性研究越发显得重要。单簇的大气聚集粒子的研究，可以进一步来研究大量的具有随机分布的大气聚集粒子的研究，进而研究大气聚集簇的形成机理。
我们用计算机图像模拟方法模拟出具有分形特征结果的大气聚集粒子，并分析其理论模型，也就是用几种由特殊球形的粒子以随机方式组成的粒子结构来进行模拟。由此来讨论体现散射特性和极化特性的粒子散射矩阵，并用计算机模拟单簇的大气聚集粒子的散射特性。
单群大气聚集粒子，由于其入射角的变化而引起的差异相对是比较明显的，而这种差别还会伴随着入射波物理特征的改变，其原因是大气聚集粒子的折射率，会随着入射波的波长的变化而发生改变，这也就导致大气聚集粒子对入射波的散射和吸收发生改变，从而影响了大气聚集簇的总散射特征。我们知道电磁波在不同的波长下照射大气聚集粒子时会对应着不同的复折射率，而不同的复折射率又对粒子的尺寸参数是有一定的相关度的，电磁波的波长越大对应的电磁散射强度就越小，这就意味着大气聚集粒子吸收的能量越大。
2.2 大气聚集粒子的电磁辐射特性
我们在研究大气聚集粒子的光辐射的时候，都是用以下这几个量进行讨论，而大气聚集粒子的一般电磁散射特性也是通过这些量来揭示的。
1）几何反照率参量，该公式中表示反照率方位平均值， G表示散射几何截面，为介质中入射波的波长。反照率与散射光的强度有关，当A<0.05，即小相位角时，我们以这样来表示和散射角之间的关系：。
2）多孔性。，代表包围聚集体的球的体积，表示聚集体体积。散射和微分散射的不同截面。通过研究发现，大气聚集粒子还有热辐射和光谱能量分布等这些特性。这里需要引入的一个理论是大气聚集的光学厚度，通过其散射特性可以确定大气聚集粒子的光学厚度观察量。通过研究发现，大气聚集粒子的散射特性与其尺寸的大小有密切的关系，我们在研究中构造了相似于与陨石状的星际大气聚集聚集粒子尺寸的单体粒子，主要采用球形和四面体的粒子形状。
3）极化度，当相位角很小的时候，极化度为负数，当相位角等于二十度时，极化度上升到零，当相位角在90度附近时，极化度达到最大值。
大量的研究表明，凝聚粒子在入射波作用下不同部位产生的极化是不同的，同时导致了在远处产生的散射场是不同的。散射特性随大气聚集粒子的尺寸的变化十分明显。在计算中，如果采用离散偶极子近似的方法，所用偶极子的数目越大计算的结果相对越准确。而且在数目比较大的情况下，这种方法的计算结果更为接近真实值。
2.3极化度
极化度与散射粒子的形状、尺寸和折射率密切相关。因为可用的计算资源是有限的，所以我们需要知道要采样多少样品点，才能得到所期望的准确值。
实验中我们选择单个四面体来研究所必须的样品点的数目。计算中的参数是，等体积半径为。以大气聚集粒子由8096个偶极子阵列表示，对应的。同时计算了由球形粒子单体构造的聚集粒子的极化度。
研究表明，当介质折射率虚部较小时，微分散射截面随着实部的增大有较明显的增加。而当介质折射率虚部较大时，微分散射截面随实部的增大在整个散射区域均无明显变化。当散射角在90度时，极化度最大，而极化度的角分布也随着单体形状的变化而有所不同。聚集粒子的极化度角分布也随着单体粒子的数目和单体的形状，以及聚集形态的不同而不同。而且，极化度曲线的变化也是随着单体粒子数目的增加而出现强烈的起伏变化。
3 总结
本文初步探讨了大气聚集粒子的电磁散射特性，研究了在不考虑库仑作用条件下，几种典型大气聚集粒子的极化度角分布。对大气聚集粒子进行建模，并通过理论模型进行了相关的探讨和研究。然后研究了大气聚集粒子的光散射特性和极化特性，得出了散射强度和极化度随散射角的变化的结论。
参考文献：
[1]黄朝军.随机粒子全极化电磁散射特性研究. 西安电子科技大学. 2006
[2]阎逢旗.大气气溶胶粒子数密度谱和折射率虚部的测量. 光学学报. 2003.7.17
[3]李丽芳.大气气溶胶粒子散射对激光大气传输影响的研究. 中北大学. 2013
[4]邓迁.大气气溶胶光热干涉测量实验研究. 合肥工业大学. 2014
【关键词】大气聚集粒子 电磁散射特性 极化度
近年来，很多科学领域的学者对大气聚集粒子的电磁辐射都产生了浓厚的研究兴趣。因为大气聚集粒子的散射相关理论应用是十分广泛的，在大气物理学和地球物理学领域，还有气象学、胶体化学，以及云中粒子的研究中都有涉及。大气聚集粒子组成等方面的性质多样性，使得关于大气辐射和输运等方面很难实现精确计算。然而大气聚集粒子的多元性，无规则粒子的电磁辐射等相关的难题，也一直是国际上关于散射理论研究的难点和焦点。尤其是在近几年，随着激光技术广泛的应用于通讯，关于大气聚集粒子在电磁传输和辐射输运等过程中对光的散射和吸收作用的相关研究得到了越来越多的关注和重视。
今些年，国外快速发展了多种关于非球性和非匀质聚集粒子的光散射计算方法，按计算模型思想的不同它们可以分为以下三类：解析方法、基于表面的数值方法、基于体积的矩阵方法。本文着重讨论聚集粒子的散射特性和极化特性两个方面的性质。同时也研究了球形聚集粒子、大气聚集粒子以及单个小粒子群的散射特性和极化特性以及其他方面的性质。
1. 大气聚集粒子的散射
极化和散射是电磁波在传播和输运过程中存在的两种固有的属性性质，其中极化描述的是以电场强度矢量的端点作为时间的函数所形成的空间轨迹的矢量旋进方向及形状，它说明了电场强度的幅度数值和取向随时间的变化规律特征。电磁散射矩阵是电磁波在与介质之间发生相互作用过程中，使其前后极化状态随机发生变化的一个过程衔接，包括了电磁波的散射和极化的所以信息参量和数据模拟值，同时能够间接的反应介质本身物理属性和特征。
2 大气聚集粒子电磁散射特性及极化度
2.1 大气聚集粒子散射特性
在宇宙空间中存在大量的大气聚集粒子，大到宇宙空间，小到实验室、家庭、汽车和工业加工车间都存在着大气聚集粒子，因此对大气聚集粒子的特性研究越发显得重要。单簇的大气聚集粒子的研究，可以进一步来研究大量的具有随机分布的大气聚集粒子的研究，进而研究大气聚集簇的形成机理。
我们用计算机图像模拟方法模拟出具有分形特征结果的大气聚集粒子，并分析其理论模型，也就是用几种由特殊球形的粒子以随机方式组成的粒子结构来进行模拟。由此来讨论体现散射特性和极化特性的粒子散射矩阵，并用计算机模拟单簇的大气聚集粒子的散射特性。
单群大气聚集粒子，由于其入射角的变化而引起的差异相对是比较明显的，而这种差别还会伴随着入射波物理特征的改变，其原因是大气聚集粒子的折射率，会随着入射波的波长的变化而发生改变，这也就导致大气聚集粒子对入射波的散射和吸收发生改变，从而影响了大气聚集簇的总散射特征。我们知道电磁波在不同的波长下照射大气聚集粒子时会对应着不同的复折射率，而不同的复折射率又对粒子的尺寸参数是有一定的相关度的，电磁波的波长越大对应的电磁散射强度就越小，这就意味着大气聚集粒子吸收的能量越大。
2.2 大气聚集粒子的电磁辐射特性
我们在研究大气聚集粒子的光辐射的时候，都是用以下这几个量进行讨论，而大气聚集粒子的一般电磁散射特性也是通过这些量来揭示的。
1）几何反照率参量，该公式中表示反照率方位平均值， G表示散射几何截面，为介质中入射波的波长。反照率与散射光的强度有关，当A<0.05，即小相位角时，我们以这样来表示和散射角之间的关系：。
2）多孔性。，代表包围聚集体的球的体积，表示聚集体体积。散射和微分散射的不同截面。通过研究发现，大气聚集粒子还有热辐射和光谱能量分布等这些特性。这里需要引入的一个理论是大气聚集的光学厚度，通过其散射特性可以确定大气聚集粒子的光学厚度观察量。通过研究发现，大气聚集粒子的散射特性与其尺寸的大小有密切的关系，我们在研究中构造了相似于与陨石状的星际大气聚集聚集粒子尺寸的单体粒子，主要采用球形和四面体的粒子形状。
3）极化度，当相位角很小的时候，极化度为负数，当相位角等于二十度时，极化度上升到零，当相位角在90度附近时，极化度达到最大值。
大量的研究表明，凝聚粒子在入射波作用下不同部位产生的极化是不同的，同时导致了在远处产生的散射场是不同的。散射特性随大气聚集粒子的尺寸的变化十分明显。在计算中，如果采用离散偶极子近似的方法，所用偶极子的数目越大计算的结果相对越准确。而且在数目比较大的情况下，这种方法的计算结果更为接近真实值。
2.3极化度
极化度与散射粒子的形状、尺寸和折射率密切相关。因为可用的计算资源是有限的，所以我们需要知道要采样多少样品点，才能得到所期望的准确值。
实验中我们选择单个四面体来研究所必须的样品点的数目。计算中的参数是，等体积半径为。以大气聚集粒子由8096个偶极子阵列表示，对应的。同时计算了由球形粒子单体构造的聚集粒子的极化度。
研究表明，当介质折射率虚部较小时，微分散射截面随着实部的增大有较明显的增加。而当介质折射率虚部较大时，微分散射截面随实部的增大在整个散射区域均无明显变化。当散射角在90度时，极化度最大，而极化度的角分布也随着单体形状的变化而有所不同。聚集粒子的极化度角分布也随着单体粒子的数目和单体的形状，以及聚集形态的不同而不同。而且，极化度曲线的变化也是随着单体粒子数目的增加而出现强烈的起伏变化。
3 总结
本文初步探讨了大气聚集粒子的电磁散射特性，研究了在不考虑库仑作用条件下，几种典型大气聚集粒子的极化度角分布。对大气聚集粒子进行建模，并通过理论模型进行了相关的探讨和研究。然后研究了大气聚集粒子的光散射特性和极化特性，得出了散射强度和极化度随散射角的变化的结论。
参考文献：
[1]黄朝军.随机粒子全极化电磁散射特性研究. 西安电子科技大学. 2006
[2]阎逢旗.大气气溶胶粒子数密度谱和折射率虚部的测量. 光学学报. 2003.7.17
[3]李丽芳.大气气溶胶粒子散射对激光大气传输影响的研究. 中北大学. 2013
[4]邓迁.大气气溶胶光热干涉测量实验研究. 合肥工业大学. 2014