寬范圍MIE散射系數(shù)的快速算法研究.pdf

1、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，對(duì)空氣中顆粒的尺寸、分布及其他特性進(jìn)行分析和測(cè)量顯得尤為重要，對(duì)MIE散射算法的實(shí)時(shí)性和使用范圍提出了新的要求。 在經(jīng)典MIE散射理論基礎(chǔ)上，綜合向前遞推、改進(jìn)的后向遞推等數(shù)學(xué)方法，作者研究和探討了寬范圍MIE散射系數(shù)的快速算法。 本文首先研究了MIE散射系數(shù)的計(jì)算方法，在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了MIE散射系數(shù)的快速計(jì)算。該算法使用了改進(jìn)的后向遞推公式，可以獲得MIE散射參數(shù)中的消光系數(shù)Kext和散射系數(shù)Ksca

2、穩(wěn)定的正確值；由于新算法能顯著地減少計(jì)算循環(huán)次數(shù)，因此明顯縮短了計(jì)算時(shí)間；由于新算法采取了合適的分段邊界條件的機(jī)制，能夠適應(yīng)寬范圍、復(fù)折射率的相應(yīng)MIE散射參數(shù)計(jì)算。其次，針對(duì)MIE散射系數(shù)應(yīng)用于低成本、小型化現(xiàn)場(chǎng)儀器的需要，對(duì)廣泛運(yùn)用的MIE散射系數(shù)近似計(jì)算法進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析討論。第三，利用MIE散射理論得出大氣氣溶膠光學(xué)厚度反演其粒子譜分布。 研究工作發(fā)現(xiàn)：(1)計(jì)算的循環(huán)次數(shù)與粒子的復(fù)折射率基本沒有關(guān)系；(2)連分式得

3、到的結(jié)果通常最準(zhǔn)確；(3)新算法在尺度系數(shù)較大時(shí)(>1000)，計(jì)算時(shí)間僅為連分式算法的10-2-10-3，計(jì)算的最大誤差小于10-5；(4)算法的適用范圍廣，對(duì)于尺度系數(shù)從10-6到106，復(fù)折射率的實(shí)、虛部從10-6到106都能很好地進(jìn)行計(jì)算；(5)沙塵氣溶膠譜分布形式基本符合Junge譜，不同波長的氣溶膠粒子的譜形基本一致，氣溶膠粒子譜呈三峰型分布。 結(jié)果表明：改進(jìn)后的新算法是寬范圍、高精度、快速的數(shù)值計(jì)算方法，滿足實(shí)際測(cè)