非球形气溶胶粒子近前向光散射图样的理论与实验的任务书.docx

非球形气溶胶粒子近前向光散射图样的理论与实验的任务书
任务概述：
本文将探讨非球形气溶胶粒子近前向光散射图样的理论和实验，并着重讨论如何建立合适的数学模型，以便更好地解释实验观测数据。
任务要点：
1.研究非球形气溶胶粒子的前向散射特性
2.探讨非球形粒子的散射光学模型
3.计算散射的大小和方向的依赖性
4.与实验数据相应比较
5.研究其对空气质量、环境污染等方面的意义
任务正文：
1.非球形气溶胶粒子的前向散射特性
气溶胶颗粒是大气污染的重要组成部分，其中非球形粒子在大气中的分布占据相当大的比重。前向散射是非球形气溶胶粒子的重要散射特性之一。相比于球形粒子，非球形粒子的前向散射主要来自于其非球形造型及其不规则的表面形貌。非球形气溶胶粒子的前向散射通常是准水平和垂直方向的，而球形粒子的前向散射通常是均匀分配的。在大气光学研究中，准水平和垂直的前向散射是非球形气溶胶粒子对气溶胶光学深度和可见光透过率的主要贡献之一。
2.非球形粒子的散射光学模型
非球形粒子的散射特性和其形状、大小、取向和介质折射率密切相关。已经发现，非球形粒子的形状和大小对其散射图样的影响非常显著。一般来说，非球形粒子的散射光学模型可以归纳为以下三种：自发发射模型、微观物理模型和电场模型。
其中自发发射模型是在假设它是一个光学天体的基础上建立的，其核心思想是假设非球形粒子是一个光学天体，它的形状较为复杂，而这种形状可以被近似为一个具有复杂几何形状的球体。该模型可以与实验结果相比较，但过程极其繁琐且计算量巨大，需要大量的计算时间和空间。
微观物理模型则基于非球形粒子的内部介质、形态和几何尺寸和其表面形态的测量数据构建模型。这种模型的优点是可以更准确地描述非球形颗粒的散射图样，但是在粒子形态比较复杂或具有事实上不能测量的尺寸和形态的情况下，其预测的散射图样可能与实验结果不符。
电场模型是一种较新的方法，它基于非球形粒子的电学特性，将散射视频和CCD相互关联以形成散射图样。它主要通过求解Maxwell方程组来描述电磁场，并且利用Mie散射计算将非球形粒子的光学特性计算到散射模式上。
3.计算散射的大小和方向的依赖性
为了计算非球形气溶胶粒子的散射图样，我们需要考虑散射的大小和方向的依赖性。理论上，这些依赖性可以通过使用多项式或Fourier级数来近似描述。在这些级数的框架下，我们可以简化一个具有复杂形状的粒子成为一系列具有标准形状的基本构件，并根据这些基本构件的散射特性来计算整个非球形粒子的散射图样。由于级数的阶数越高，我们可以得到更加准确的散射图样，但是其计算量也逐渐变得极其巨大。因此，我们需要根据实际情况合理地选择级数的阶数，以在精度展保证的同时，尽可能的降低计算量。
4.与实验数据相应比较
为了确认我们的理论计算是正确的，我们需要将其与实验数据相应比较。在实验上，我们通常会使用空气质量监测系统和气溶胶激光仪等工具来测量非球形气溶胶粒子的前向散射图样。通过将实验数据与理论计算的散射图样相比较，我们可以检查我们的计算结果是否合理，以进一步优化理论模型。
5.对环境污染的意义
最后，非球形气溶胶粒子的前向散射图样研究对于环境污染问题也有着重要的意义。气溶胶颗粒的空气质量监测对预测和缓解环境污染提供了极大的帮助。通过研究非球形气溶胶粒子的散射图样，我们可以深入理解气溶胶颗粒的行为及其象限分布，从而制定更好的环境污染预测和监测措施。
总结：
非球形气溶胶粒子在大气中起着重要的作用，理解其前向散射特性对于深入研究大气污染和制定环境污染控制措施具有重要的意义。通过建立合适的数学模型，我们可以更好地理解非球形气溶胶粒子的散射图样特性，并对实验数据进行有效的比较。