大气中的光传输理论PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　内容与方法 1

目录 1

1.2　辐射度量参数 2

1.3　比尔·朗伯定律 4

1.4　光的湍流效应 5

2.1　单粒子散射的基本描述 7

2.1.1　散射幅度与象函数 7

第2章　单粒子散射 7

2.1.2　散射截面与消光截面 8

2.1.3　消光截面与散射幅度函数 8

2.1.4　不透明障碍物的消光 10

2.1.5　幅度函数的偏振 10

2.2　球形粒子散射的经典理论——米耶理论 11

2.2.1　概述 11

2.2.2　矢量波动方程的解 12

2.2.3　满足边界条件的解 13

2.2.4　散射幅度函数 16

2.2.5　结果的讨论 19

2.3　粒子散射的近似方法 24

2.3.1　范·德·哈尔斯特散射近似 24

2.3.2　瑞利散射 27

2.3.3　瑞利-德拜近似 29

2.3.4　散射幅度函数的积分近似 30

3.1.1　单散射近似的物理基础 33

3.1　单散射近似方法 33

第3章　大气光传输中的单散射近似 33

参考文献 33

3.1.2　能见度和能见距离 35

3.2　大气中的微粒散射 37

3.2.1　气溶胶、霾 37

3.2.2　水汽凝集物（1）——雾、霭 39

3.2.3　水汽凝集物（2）——雨 43

3.3　大气气体分子对光传播的影响 43

3.3.1　大气成分和均质大气高度 43

3.3.2　分子吸收与大气窗口 45

3.3.3　单一谱线的吸收 46

3.3.4　谱带吸收模型 49

3.3.5　大气吸收概貌 51

参考文献 58

第4章　多次散射理论 58

4.1　统计参数 58

4.1.1　相干场与非相干场 58

4.1.2　相关函数的谱展开 59

4.1.3　双频互相干函数 60

4.1.4　相干带宽和相干时间 61

4.2　一阶多次散射理论 62

4.2.1　平行光的传播 62

4.2.2　脉冲辐射的传播 65

4.2.3　粒子运动的影响 67

4.3　输运理论 68

4.3.1　辐射亮度 68

4.3.2　辐射亮度的微分方程 70

4.3.3　辐射亮度的积分表示 73

4.3.4　小角度近似方程 74

4.3.5　比尔·朗伯定律的修正 76

4.3.6　太阳辐射在大气中的传输——二流近似 80

4.4　多次散射的解析方法 84

4.4.1　解析方法中的散射模型 84

4.4.2　福尔第-特威尔斯基方程 86

4.4.3　相干场与总通量密度 88

4.4.4　辐射亮度与相关函数 91

4.5　粒子的空间分布与时间分布 92

4.5.1　运动粒子的基本方程 92

4.5.2　小角度近似与平面波的解 95

4.5.3　随机粒子与双频互相干函数 98

4.5.4　平面脉冲波的传播 100

参考文献 104

第5章　随机场理论初步 104

5.1　随机场的数学描述 104

5.1.1 引言 104

5.1.2　统计矩与相关函数 105

5.1.3　均匀各向同性随机场 107

5.1.4　均匀各向同性随机场的谱展开 107

5.2.1　增量平稳随机过程，结构函数 112

5.2　局部均匀各向同性随机场 112

5.2.2　结构函数的谱展开 114

5.2.3　局部均匀各向同性随机场 116

5.3　随机矢量场 118

5.3.1　相关函数的一般性质 118

5.3.2　随机矢量场的谱展开 120

5.3.3　随机管量场 121

5.3.4　随机势矢量场 123

5.4　空-时相关与谱函数 124

参考文献 127

第6章　大气湍流的形态 127

6.1　湍流中的速度场 127

6.1.1　湍流的发生 127

6.1.2　局部均匀各向同性湍流（柯尔莫哥洛夫理论） 130

6.1.3　速度场的谱表述 132

6.2　湍流中的温度场和折射率场 134

6.2.1　被动保守标量，位温 134

6.2.2　温度场的随机特征 135

6.2.3　折射率场 138

6.2.4　大气湍流中的能量平衡 141

6.3　大气中C？的性质 142

6.3.1　边界层湍流 143

6.3.2　自由大气中C？的性质 147

参考文献 151

第7章　光在弱湍流中的传输 151

7.1　湍流介质中的麦克斯韦方程 151

7.1.1　波动方程的形式 151

7.1.2　平面波的微扰法解 153

7.2　统计均匀各向同性场中的解 155

7.2.1　对数幅度起伏与相位起伏 155

7.2.2　解的一般性质 158

7.3　平面波通过柯尔莫哥洛夫湍流 161

7.3.1　路径均匀的柯尔莫哥洛夫湍流（？＜＜l0） 161

7.3.2　路径均匀的柯尔莫哥洛夫湍流（？＞＞l0） 163

7.3.3　路径平缓变化的柯尔莫哥洛夫湍流 166

7.3.4　玻恩近似及里托夫近似的局限性 168

7.4　统计场的时域分析 169

7.4.1　通量密度的概率分布 170

7.4.2　通量密度的起伏频谱 174

7.5　球面波和束状波通过柯尔莫哥洛夫湍流 177

7.5.1　球面波和束状波的微扰解 177

7.5.2　通过湍流后的幅度与相位 178

7.5.3　对数幅度起伏的空间谱形式 181

7.5.4　柯尔莫哥洛夫湍流下的对数幅度起伏 182

7.5.5　束扩散与束漂移 184

第8章　强湍流下的光传播 187

8.1　概述 187

参考文献 187

8.2　马尔可夫近似 189

8.2.1　矩方程的一般方法 189

8.2.2　平均场方程 192

8.2.3　矩方程的谱描述 193

8.2.4　矩方程的主要结果 195

8.3　随机“透镜”假设 201

8.3.1　透镜假设的基本思想 201

8.3.2　相干长度与特征距离 205

A.1.2 LOWTRAN软件的主要功能 210

A.1.1 LOWTRAN发展历史 210

参考文献 210

A.1 LOWTRAN软件 210

附录　大气辐射传输算法及实用软件简介 210

A.1.3 LOWTRAN软件的结构 211

A.1.4 LOWTRAN 7的特点 212

A.1.5 LOWTRAN对光线几何路径的处理 213

A.1.6 LOWTRAN 7对多次散射的处理 213

A.1.7 LOWTRAN程序对大气透过率的计算 216

A.2.1 DISORT软件简介 217

A.2 DISORT软件 217

A.2.2 DISORT的结构和主要功能 218

A.2.3 DISORT的平面模式 219

A.2.4 DISORT的球面模型 221

A.3 其他大气辐射射软件简介 224

A.3.1 HITRAN数据库与派生软件 224

A.3.2 Pcln Win软件 225

A.3.3 MODTRAN简介 227

A.4 LOWTRAN与DISORT软件的比较 229