天空偏振光时域分布稳定性的实验研究

太阳光在穿过大气层时与大气粒子发生散射作用,形成了稳定的偏振光分布模式,与太阳的位置、观测地点的位置以及不同的大气介质等因素有关。瑞利散射模型描述了偏振光在大气中的分布模式,被广泛的用于研究偏振光与太阳的信息传递关系。本文研究基于瑞利散射模型的天空偏振光时域分布稳定性,设计了一个由偏振图像采集系统和方位对准系统组成的实验平台,实现对天空偏振光分布的长时间测量,解算各时刻的太阳方位角和太阳高度角。以天文学年历计算值为基准,得到太阳方位角误差1.34°(1σ)和太阳高度角误差-2.28°(1σ)作为稳定性参数,结果表明天空偏振光时域分布具有较强的稳定性。本实验拓展学生对天空偏振光和大气散射的认识,激发学生兴趣和创新的精神。

基于时域有限差分法的非球型气溶胶和卷云粒子散射特性研究

本文选取3种气溶胶粒子和3种卷云粒子,利用时域有限差分法,对椭球型气溶胶粒子和六棱柱卷云粒子在不同波长下散射相位函数进行了仿真分析,并讨论了入射方向对粒子散射特性的影响。仿真结果表明,尺寸参数较小时散射相位函数变化较平稳,尺寸参数较大时曲线出现震荡,且随尺寸参数增大震荡剧烈;粒子单次散射能量主要集中在前向散射,随散射角增大呈指数下降;气溶胶粒子散射相位函数在90-150°之间出现明显的波谷;卷云粒子散射相位函数一般不出现明显波谷。当入射角度改变时,气溶胶粒子在整个0-180°之内的散射相位函数都有101数量级的变化,卷云粒子则在0-90°前向散射内保持稳定。本文的研究方法和结论可以为研究天空偏振光模式的形成机理和变化规律提供参考。