基于多次散射特性对云微物理参数的研究

论文摘要

云是影响大气辐射传输的重要因素,对地气系统的辐射收支平衡有重要影响。近年来许多国内外学者利用各种主被动探测手段对云的微物理特性开展了一系列研究。水云的液态含水量和云粒子半径是影响大气辐射传输过程的重要参量,因此开展对二者的探测是十分有意义的。随着散射理论的发展,部分学者提出可以利用云的多次散射携带的信息来反演云微物理参量,由于云粒子平均自由程较小,容易发生多次散射。而多次散射与散射体的粒子数浓度有关,因此可以利用多次散射来反演云的微物理参量。本文基于蒙特卡洛算法计算了液态水云的散射特性并根据其散射特性提出了一种用于反演水云液态水含量和云粒子半径的方法。根据模拟结果,设计了一部多视场激光雷达系统并利用该系统对南京北郊地区的水云进行了观测。结合观测数据和反演方法计算得到了水云的两个微物理参量。并将得到的微物理参量与GPM卫星数据进行对比验证,从而验证了该反演方法的准确性。然后,我们利用蒙特卡洛算法研究了液态水云的偏振特征,分析了液态水云的偏振度与多次散射因子的关系。根据模拟结果,我们得到液态水云的偏振度随多次散射强度的增加而敏感性降低,表现为偏振饱和现象且饱和值与视场角有关。在此理论基础上,我们设计了一部多视场偏振激光雷达系统,完成了对偏振激光雷达的定标并实现对南京北郊地区的液态水云的观测。通过分析该雷达系统的观测数据,我们得到实际观测数据和蒙特卡洛算法模拟数据具有一致性。最后,我们对水云核化及水源动力过程的驱动因子(气溶胶和水汽)的反演方法进行了优化并利用双波长双拉曼激光雷达系统反演得到气溶胶和水汽的垂直探测廓线。通过改进氮气拉曼和水汽拉曼反演算法,获得了从近地面到平流层底部的大气气溶胶光学特性垂直廓线以及从近地面到12 km高度的水汽混合比垂直廓线,为研究水云核化及水源动力过程提供原始数据积累。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张衡衡

导师: 卜令兵,潘蔚琳

关键词: 多次散射,多视场激光雷达,云微物理参数,偏振度,驱动因子

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 南京信息工程大学

分类号: P426.5

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000580

总页数: 55

文件大小: 3345K

下载量: 53

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标签：多次散射论文;  多视场激光雷达论文;  云微物理参数论文;  偏振度论文;  驱动因子论文;