结论 41

致谢 42

参考文献 43

1. 绪论

1.1 研究背景与意义

  粒子散射特性具有广泛的运用和重要的研究意义，这些颗粒主要是固体和液体，如大气中的云雾和雨滴，血液中的血球，用于遮蔽目标红外辐射的雨雾或雾状油工业炉烟气中的炭黑或飞灰等。粒子或粒子群除具有吸收，发射辐射特性外，还具有明显的散射特性，因此粒子散射问题在粒子辐射换热分析中越来越受到重视。粒子辐射换热问题在大气科学[1]、医学[2]、军事[3]、颗粒特性测量[4]、 燃料燃烧[5]等工程技术领域中具有广泛的研究背景。论文网

  研究粒子散射的数值计算问题具有重要的意义。自然界中的很多粒子都具有复杂的形状,如大气中的气溶胶、雨滴以及冰晶粒子等。研究这些粒子的光散射特性可以更好地解释大气遥感过程中的一些重要现象,另外在目标识别与成像、遥测遥感、地下目标探测、生物体皮下组织的无创伤诊断、环境监测方面都需要研究粒子的光散射特性, 对于小粒子光散射特性的研究已经非常系统,从球形到非球形, 从无耗到有耗,从各向同性到各向异性,从平面波入射到波束入射, 以及波束的离轴、在轴入射等, 这些研究成果已被广泛应用于各种光学测量中。在常见和霾天气条件下的散射相函数是平滑的曲线,而雾天和雨天就出现很多震荡峰，而且此时参数的不同对相函数的影响较小，用H-G函数可以较好的拟合实际情况。对于紫外光大气传输特性的计算中，可以根据具体天气条件用Mie散射理论计算出相应的散射相函数。

  随着航天科技的发展，卫星在对目标进行探测、跟踪、定位、识别等过程中，必须考虑大气背景的影响，而其中云和气溶胶是地球大气中最重要的背景辐射来源之一。 气溶胶作为影响气候变化的一个重要因子，引起了科学界的普遍重视[6]。大气气溶胶中包括有冰核与凝结核，它们对云和降水过程的发展起重要的作用。另外，大气气溶胶是大气中有害物质迁移清除的重要中间环节，并且自上世纪 70年代就有人开始注意到气溶胶的气候效应。根据目前的研究结果，由气溶胶引起的温度降低有可能局部抵消由于温室气体引起的全球温度升高[7-8]。综上所述，对大气气溶胶的研究从多方面越来越引起人们的注意[9-10]。实际大气中的气溶胶粒子不是严格的球形粒子，虽然如此，但对于含有大量气溶胶粒子的实际大气气溶胶系统来说，球形是个很好的假设，所以对于球形粒子的散射特性的研究仍然具有重要的价值。

  随着新的紫外光源、紫外探测技术的发展，紫外波段电磁散射特性的研究引起 学者的兴趣。在紫外线的这些运用中都要对紫外线的大气传输特性进行研究，在我们常见的方法中（如蒙特卡洛方法，离散坐标方法等）都要用到紫外线散射相函数，并且紫外线在大气传输过程中受到气溶胶粒子的散射作用很明显，因此，散射相函数对研究紫外线的传输特性尤为重要。

  医学诊断和治疗的光学技术迫切需要研究生物组织内的光传输问题。光在生物组织中传输时发生明显的散射和吸收现象, 其中散射占主导地位[11]。散射相函数是描述介质散射特性的最基本的参量之一。最近X 射线的散射应用到临床医学方面，国外的一些医学研究机构和放射线技术研究机构都对X 射线的散射在医学上的应用表示了极大的关注，并取得了初步的研究结果[12]。

  在多次战争中，雷达隐身和反隐身技术[13]发挥了有效的突防攻击作用，而计算电磁学在其中起到了至关重要的作用。可见对电磁散射特性的研究在军事领域中也具有重要的作用。