Mie-T矩阵耦合的沙尘多次散射效应表征与Monte Carlo验证

汤牧云; 朝克夫; 华文成; 崔存森

doi:10.37188/CO.2025-0126

Mie-T矩阵耦合的沙尘多次散射效应表征与Monte Carlo验证

doi: 10.37188/CO.2025-0126

1.
内蒙古呼和浩特市赛罕区昭乌达路81号
2.
内蒙古师范大学内蒙古师范大学
3.
内蒙古自治区呼和浩特市赛罕区昭乌达路81号
4.
内蒙古呼和浩特市赛罕区昭乌达路81号呼和浩特市,

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出版历程
- 收稿日期: 2025-09-30
- 修回日期: 2025-11-11
- 录用日期: 2025-11-26
- 网络出版日期: 2025-12-03

Mie-T矩阵耦合的沙尘多次散射效应表征与Monte Carlo验证

摘要

摘要: 目的：为精确量化沙尘天气对城市光电系统可见光传输的衰减影响，本研究以呼和浩特地区为例，构建了融合非球形粒子修正的光传输预测模型。方法：基于Mie散射理论，结合本地沙尘样品的扫描电镜与能谱分析数据，计算三基色红绿蓝波段的沙尘粒子消光特性；进而采用T矩阵法对非球形粒子的散射参数进行修正，并利用Monte Carlo方法模拟光子的多次散射过程，系统比较单次与多次散射模型下的衰减率差异。结果：结果表明，单次散射模型会系统性高估衰减率，蓝光波段最大误差达18.3%；经多次散射修正后，衰减率平均降低12.4%。在本例能见度400米，蓝光衰减率约为95dB/km，显著高于红光的约70dB/km；结论：本研究构建的混合模型显著提升了沙尘环境下可见光衰减的预测精度，明确多次散射效应的关键影响，为城市光电系统在沙尘天气下的可见光传输提供了可靠的理论依据与数据支持。

Abstract: 目的：为精确量化沙尘天气对城市光电系统可见光传输的衰减影响，本研究以呼和浩特地区为例，构建了融合非球形粒子修正的光传输预测模型。方法：基于Mie散射理论，结合本地沙尘样品的扫描电镜与能谱分析数据，计算三基色红绿蓝波段的沙尘粒子消光特性；进而采用T矩阵法对非球形粒子的散射参数进行修正，并利用Monte Carlo方法模拟光子的多次散射过程，系统比较单次与多次散射模型下的衰减率差异。结果：结果表明，单次散射模型会系统性高估衰减率，蓝光波段最大误差达18.3%；经多次散射修正后，衰减率平均降低12.4%。在本例能见度400米，蓝光衰减率约为95dB/km，显著高于红光的约70dB/km；结论：本研究构建的混合模型显著提升了沙尘环境下可见光衰减的预测精度，明确多次散射效应的关键影响，为城市光电系统在沙尘天气下的可见光传输提供了可靠的理论依据与数据支持。