[发明专利]一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法

说明书

本发明公开了一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法，步骤1，对非球形灰霾粒子进行建模；步骤2，建立灰霾粒子的紫外光散射偏振模型；步骤3，利用T矩阵方法计算非球形灰霾粒子的紫外光散射振幅矩阵的矩阵元；步骤4，利用步骤2的紫外光散射偏振模型和步骤3的T矩阵方法仿真不同形态的非球形灰霾粒子的紫外光散射线偏振度的变化；步骤5，对比分析球形和不同形态的非球形灰霾粒子的紫外光散射线偏振度的差异规律，从而区分球形与不同形变的非球形灰霾粒子。本发明一方面可以分析具体的形变参数对非球形灰霾粒子的紫外光散射线偏振度的影响，另一方面可以弥补可见光测量方法容易受背景光干扰的不足，达到提高探测精确度的目的。

技术领域

本发明属于紫外光探测技术以及大气环境科学领域，具体涉及一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法。

背景技术

灰霾，又称大气棕色云，在中国气象局的《地面气象观测规范》中，灰霾是这样定义的：大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米的空气普遍有混浊现象，使远处光亮物微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色。灰霾的成分复杂，多由空气中的灰尘、硫酸、硝酸和有机碳氢化合物等粒子组成，其中PM2.5（Particulate Matter 2.5）被普遍认为是灰霾的“代表”。目前，大气灰霾被认为是部分城市的灾害性天气，原因如下：一，灰霾影响司机和行人视线，容易引起交通事故；二，灰霾易附带有毒、有害物质，容易导致疾病发生；三，灰霾会造成大气光学特性的变化，对所在地区的无线光通信产生不可忽视的影响。据统计，2017年我国因为灰霾天气致病去世的人数高达32万，另外灰霾污染还造成14877551人患病，健康经济损失约为12625亿元。因此，对灰霾进行有效而准确的监测是十分有必要的，该监测结果可以为治理灰霾污染以及提高大气无线光通信质量提供参考。

由于大气臭氧对200nm-280nm波段的紫外光具有很强的吸收作用，该波段紫外光又被称为日盲紫外光，它具有抗干扰能力强、隐秘性高的特点。因此，我们将日盲紫外光用于灰霾探测领域，可以弥补可见光测量方法容易受背景光干扰的不足。偏振是光的基本属性之一，日盲紫外光在与灰霾粒子发生散射时，散射后的紫外光会具有相应的偏振特性，该偏振特性也可以用于区分不同物理特性的非球形灰霾粒子。

发明内容

本发明针对已有技术的不足，提出一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法，目的是利用灰霾粒子的紫外光偏振模型分析不同物理特性的灰霾粒子的紫外光散射偏振特性，达到区分不同形态的非球形灰霾粒子；另一目的是利用本发明所述方法，分析不同物理特性对非球形灰霾粒子的紫外光散射线偏振度的影响。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法，具体包括以下步骤：

步骤1，对非球形灰霾粒子进行建模；

步骤2，建立灰霾粒子的紫外光散射偏振模型；

步骤3，利用T矩阵方法计算非球形灰霾粒子的紫外光散射振幅矩阵的矩阵元；

步骤4，利用步骤2的紫外光散射偏振模型和步骤3的T矩阵方法仿真不同形态的非球形灰霾粒子的紫外光散射线偏振度的变化；

步骤5，对比分析球形和不同形态的非球形灰霾粒子的紫外光散射线偏振度的差异规律，从而区分球形与不同形变的非球形灰霾粒子。

进一步地，所述步骤1是将非球形灰霾粒子等效成椭球形、圆柱形和切比雪夫形这三种常见的粒子，建立非球形灰霾粒子模型，具体包括以下步骤：

步骤1.1：建立椭球形灰霾粒子模型，公式(1)是椭球形灰霾粒子模型表达式，

(1)