气溶胶的光学特性参数

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北京雾霾天气期间气溶胶光学特性

北京雾霾天气期间气溶胶光学特性北京雾霾天气期间气溶胶光学特性雾霾是北京及其他许多城市面临的严峻问题。

在雾霾天气期间，气溶胶光学特性对能见度和空气质量有着重要的影响。

本文将从气溶胶的来源、成分以及光学特性三个方面来探讨北京雾霾天气期间的情况。

首先，北京雾霾天气中的气溶胶有多种来源。

其中一些主要来源包括工业排放、机动车尾气、燃煤以及扬尘等。

这些源头排放出的有害物质和粉尘会悬浮在空气中形成颗粒物，从而导致能见度下降和空气质量恶化。

其次，气溶胶成分也是影响光学特性的重要因素之一。

雾霾天气中的气溶胶主要由二次有机气溶胶、硝酸盐气溶胶、硫酸盐气溶胶等组成。

它们的组成和浓度对光的散射和吸收产生显著的影响。

其中，二次有机气溶胶是雾霾中的主要成分之一，其形成与化学反应有关，会导致光学散射增强。

最后，雾霾天气期间气溶胶的光学特性对能见度和空气质量有着显著影响。

雾霾天气下，大量的气溶胶颗粒会散射入射光，降低光线的透过性，使得能见度变差。

而且，气溶胶颗粒对不同波长的光的吸收和散射程度也有所不同，这导致大气中的光谱能量分布有所变化。

这些光学特性的变化进一步影响了空气质量的评估和人体健康。

再者，需要注意的是，气溶胶光学特性具有季节性和地区性的差异。

例如，北京的雾霾天气在冬季尤为严重，这主要是由于冬季燃煤和高湿度环境条件的影响。

此外，北京市内外不同地区的气溶胶浓度和成分也会有所变化，这可能与污染源和风向等因素有关。

综上所述，北京雾霾天气期间的气溶胶光学特性对空气质量和能见度有重要影响。

了解气溶胶的来源、成分和光学特性有助于我们更好地评估和应对雾霾天气带来的问题。

通过减少污染排放、加强监测和提高大气环境管理，我们可以期待未来改善北京及其他城市的空气质量和人民的健康状况综上所述，北京雾霾天气期间的气溶胶光学特性对空气质量和能见度有重要影响。

了解气溶胶的来源、成分和光学特性有助于我们更好地评估和应对雾霾天气带来的问题。

通过减少污染排放、加强监测和提高大气环境管理，我们可以期待未来改善北京及其他城市的空气质量和人民的健康状况。

大气气溶胶的光学特性研究

大气气溶胶的光学特性研究大气气溶胶是指悬浮在大气中的微小颗粒物质，其直径在几纳米到几十微米之间。

它们可以来自于自然源，如火山喷发、沙尘暴，也可以来自于人类活动，如工业排放和汽车尾气。

大气气溶胶不仅对空气质量和能见度有着重要影响，而且对气候和生态环境也具有重要的影响。

大气气溶胶的光学特性是研究大气气溶胶的关键。

光学特性反映了大气气溶胶对光的吸收、散射和透过的能力。

通过研究大气气溶胶的光学特性，可以更好地了解其成分和来源，进而预测其对气候和环境的影响。

大气气溶胶主要通过吸收和散射光线来影响大气的能量平衡。

吸收是指大气气溶胶吸收光线的过程，而散射是指大气气溶胶将光线在不同方向上反射的过程。

大气气溶胶吸收和散射光线的能力取决于其成分、粒径和浓度。

大气气溶胶中最常见的成分是硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物和黑碳等。

这些成分的光学性质不同，因此大气气溶胶的光学特性也会因此而有所不同。

例如，硫酸盐和硝酸盐具有比较高的吸收和散射能力，而有机物则主要通过散射光线。

通过分析大气气溶胶的光学特性，可以确定其主要成分，进一步了解大气污染的来源。

大气气溶胶的粒径也对其光学特性起着重要作用。

粒径较大的气溶胶主要通过散射光线，而粒径较小的气溶胶不仅可以通过散射光线，还可以通过吸收光线。

此外，粒径的大小还决定了气溶胶的浓度和分布情况。

粒径较大的气溶胶更容易沉降在地面，而粒径较小的气溶胶更容易悬浮在大气中，影响能见度和空气质量。

大气气溶胶的浓度也是其光学特性的重要因素。

浓度越高，大气气溶胶的吸收和散射能力就越强。

因此，大气气溶胶的浓度对大气的透光度和辐射平衡起着重要影响。

浓度的变化还可以反映大气污染的程度和趋势，对环境保护和健康影响的评估具有重要意义。

总之，大气气溶胶的光学特性研究对于了解大气污染的成因和影响具有重要意义。

通过分析大气气溶胶的成分、粒径和浓度等光学特性，可以预测气溶胶对气候、能见度和环境的影响，为环境保护和污染控制提供科学依据。

大气中气溶胶的光学性质与源解析

大气中气溶胶的光学性质与源解析气溶胶是空气中悬浮的微小颗粒，是大气中重要的组成部分。

它们对大气的光学性质有着重要影响，同时也是大气组成与污染源解析研究的重要对象。

本文将从气溶胶的光学性质及其与源解析两方面进行探讨。

首先，气溶胶的光学性质是指气溶胶颗粒对光的吸收、散射和透射特性。

这些性质受到气溶胶颗粒的形状、大小、化学成分等多种因素的影响。

对于大气环境而言，气溶胶的光学性质直接影响到大气的辐射平衡和能量分布。

例如，某些气溶胶颗粒对太阳辐射的散射可以形成美丽的日落，而某些气溶胶颗粒对太阳辐射的吸收则会使大气变暖，对气候变化产生重大影响。

因此，研究气溶胶光学性质对于了解大气的光学特性、气候变化等具有重要意义。

其次，气溶胶源解析是指通过对气溶胶样本的分析，确定其成分和来源的过程。

气溶胶的来源多种多样，包括自然源和人为源。

自然源包括火山喷发、植物挥发物和海洋喷射等，而人为源则包括燃烧排放、工业废气和机动车尾气等。

研究气溶胶的源解析可以帮助我们了解不同源区气溶胶的特性，进而制定相应的环境管理政策。

例如，如果我们能够确定某个城市的气溶胶主要来自于汽车尾气，那么可以采取相应的措施减少汽车尾气排放，改善大气质量。

对于气溶胶的源解析研究，现代科学技术提供了许多有效的手段。

其中，一种重要的方法是使用质谱仪。

质谱仪可以分析气溶胶样本中的化学成分，从而确定其源区特征。

在进行源解析时，常常利用化学计量学的原理，通过对不同源区气溶胶样本的化学成分进行分析比较，确定其来源。

此外，还可以利用同位素技术和模型模拟等手段来进行源解析研究。

通过这些方法，我们可以更加准确地了解大气中气溶胶的来源，推测其对大气环境的影响。

总之，气溶胶在大气中具有重要的光学性质，并且研究气溶胶的源解析对于了解大气环境和制定相应的环境管理政策具有重要意义。

未来，我们需要进一步深入探索气溶胶的光学性质和源解析方法，以更好地理解大气中气溶胶的特性及其对大气环境的影响。

气溶胶的光学特性参数

气溶胶的光学特性参数气溶胶的光学特性参数（1）气溶胶光学厚度气溶胶光学厚度,英文名称为AOD（Aerosol Optical Depth）或AOT（Aerosol Optical Thickness），表示的是单位截面的垂直气柱上的透过率，有时候又叫大气混浊度，它是一个无量纲的正值。

数值范围在0-1之间，0代表完全不透明大气，1代表完全透明的大气，气溶胶光学厚度越大，大气透过率越低。

值的大小主要由气溶胶质粒的数密度、尺度分布、气溶胶类型等物理、光学属性来决定。

气溶胶光学厚度的反演：公式：L=L0+F*T*P/[1-S*P]L：传感器收到的辐射；L0：大气路径辐射；F：下行辐射P：地表反射率；T：大气透过率；S：大气半球反射率F*T*P/[1-S*P]：地表反射辐射对于大气路径辐射项L0,它只是大气气溶胶光学厚度和几何参数的函数,假如地表反射辐射比较小或为零,就可以通过大气路径辐射项来反演获得气溶胶光学厚度,对于地表反射辐射（F*T*P/[1-S*P]）来说，仅是气溶胶光学厚度的函数,如果消去路径辐射信息,便可以通过它来反演气溶胶光学厚度。

（2）散射相函数散射相函数反映的是电磁波入射能量经粒子散射后在方向上的分布，或者称相函数是粒子(散射体)将某个方向的入射波散射到其他方向的概率。

定义相函数P(θ)为在θ角方向的散射辐射能量与各向同性散射时该方向的散射辐射能量之比。

目前，常用的相函数有Mie散射相函数、HG相函数、双HG相函数和改进的HG*相函数等，这些函数各有优缺点。

Mie散射相函数：P Mie(θ)= [S1(θ)2 +S2(θ) 2]/ 2πα2 Qscaα=2πR/λ：球形气溶胶粒子的尺寸参数；S1(θ)、S2(θ)：散射振幅矩阵元；Qsca：气溶胶粒子的散射效率因子；S1(θ)、S2(θ)和Qsca可由Mie展开系数求解，Mie散射相函数适合于球形粒子求解。

（3）单次散射反照率单次散射反照率（single scattering albedo,SSA），在随机介质中传播的光将会被介质中的粒子散射和吸收而衰减，我们称之为消光，其中因散射而导致入射光消光在总消光中所占的比例，可以用粒子的平均单次散射反照率来表示，其定义为：0（x，m）= Cs（x，m）/C（x，m）C、Cs：粒子的消光截面和散射截面，消光截面是粒子或粒子群在电磁波传播路径上对电磁波衰减能力的度量；x=2πr/λ：为粒子的尺度因子，r、λ分别为粒子的半径和入射光的波长；m：复折射率，为复数m=n–ki，式中实数部分n为介质的折射率，虚数部分的k为介质的吸收系数；如果用Ca表示粒子的吸收截面，则应满足C=Cs+Ca；如果粒子对入射光完全无吸收，即Ca=0，于是C=Cs，反照率为1，达到它的最大值。

大气气溶胶物理光学特性研究进展

⼤⽓⽓溶胶物理光学特性研究进展⼤⽓⽓溶胶物理光学特性研究进展3韩　永1)2)　王体健1)　饶瑞中2)　王英俭2)1)(南京⼤学⼤⽓科学系⼤⽓环境研究中⼼,南京　210093)2)(中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所⼤⽓光学研究中⼼,合肥　230031)(2007年11⽉2⽇收到;2008年4⽉1⽇收到修改稿)⼤⽓⽓溶胶粒⼦作为地⽓系统的重要组成成分之⼀,在紫外、可见到红外很宽的波段内对辐射传输产⽣影响,⼀⽅⾯通过对电磁波的散射和吸收作⽤,导致光波的能量衰减;另⼀⽅⾯则把吸收的能量转化为其本⾝的热能,起到加热⼤⽓的作⽤.这⼀过程在直接和间接的辐射⽓候效应的模拟、激光⼤⽓传输、⾼分辨率光谱研究、地基和空基遥感、⼤⽓辐射订正、环境监测技术、⽬标探测和识别、陆上交通和航空航海都有着重要作⽤.详细阐述了⼤⽓⽓溶胶物理光学特性近年来的研究进展,为⽓溶胶科学后续研究⼯作的更好开展提供参考.关键词:⼤⽓光学,⼤⽓⽓溶胶,物理光学特性,研究进展PACC :9265,9265V ,9260M ,94003国家⾃然科学基⾦(批准号:40805006),国家重点基础研究发展计划(973)项⽬(批准号:2006C B403703,2006C B403706),南京⼤学⼈才引进科研启动基⾦(批准号:020*********),国家科技⽀撑计划(批准号:2007BAC03A01)资助的课题. 通讯联系⼈.E 2mail :HanY ong @/doc/0ee58f868762caaedd33d468.html11引⾔作为地球⼤⽓的重要组成部分的⼤⽓⽓溶胶,是⽓体和在重⼒场中具有⼀定稳定性的、沉降速度⼩的粒⼦的混合系统,同时也是指悬浮在⼤⽓中的直径在01001—100µm 的液体或固体微粒体系,是⼤⽓环境中组成复杂、危害较⼤的污染物之⼀,其光学、化学特性也是⼤⽓物理学研究内容之⼀.⽓溶胶对太阳辐射的吸收和散射会改变地球⼤⽓系统的⾏星反照率,从⽽影响到地⽓系统的能量平衡;⼤⽓⽓溶胶还起到云凝结核的作⽤;⼤量的⽓溶胶颗粒有可能使云滴的数密度增加,云滴的平均半径变⼩,这有可能使云对太阳辐射的反射率增加或使云的维持时间加长,甚⾄使降⽔减少.这些都会影响到地⽓系统的能量平衡、⽬标环境特性和激光⼤⽓传输等[1—12].不同来源的⽓溶胶组成成分、形状尺度不同,其⽓候环境效应也不同,因此,对⼤⽓⽓溶胶物理特性的研究必须综合考虑各种影响因素.21⽓溶胶物理和光学特性的直接测量⽅法⼤⽓⽓溶胶的光学特性,决定于⽓溶胶粒⼦的尺度、形状、组成、数浓度、质量浓度和表⾯积浓度等相关参数.只有通过观测和实验,才能取得具有代表性的可靠资料.为此应对探测仪器的基本原理、测量精度以及使⽤条件有深⼊地了解,以便在资料的分析中能够正确的应⽤.下⾯,我们将简单的分别对⽓溶胶的粒⼦收集、浓度和相关的光学参数的测量设备进⾏说明.2111空⽓分离和⽓溶胶粒⼦收集⽅法空⽓分离和⽓溶胶收集技术常基于过滤、重⼒和离⼼沉积、惯性碰撞、扩散、拦截以及静电或热沉降的原理[7].从⼤⽓中分离和收集⽓溶胶粒⼦的简单、⾼效和经济的⽅法是过滤,此法应⽤最⼴泛.常把能让⼤⽓⽓体成分通过并把其中的颗粒分离和收集的器件通称为滤器.可分为两类:⼀类是纤维滤器;另⼀类是多孔膜滤器.当携带粒⼦的⽓流突然转弯时,由于惯性,粒⼦将因撞击在不透⽓的收集⽚上⽽被附着,空⽓则绕过收集⽚.为防⽌粒⼦撞击弹离第57卷第11期2008年11⽉100023290Π2008Π57(11)Π7396212物　理　学　报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol.57,N o.11,N ovember ,2008ν2008Chin.Phys.S oc.和被⽓流带⾛,收集⽚表⾯涂有黏性材料.沉积收集器主要有两种:⼀种是重⼒沉积收集器,⽤于收集⼤粒⼦(直径⼤于215µm),例如,沉积⽫,其原理是⼤的⽓溶胶粒⼦在风⼒和重⼒的作⽤下进⼊沉积⽫;另⼀种是离⼼沉积收集器,可收集011—1µm尺度范围内的⽓溶胶粒⼦.2121⽓溶胶浓度的测量212111⼤⽓⽓溶胶粒⼦的密度粒⼦本⾝的化学组成决定了其密度的⼤⼩,⽓溶胶的密度通常为⼤块的相同材料密度的1Π2—1Π10倍[13].⽤电⼦天平和专门设计的⽐重瓶,分别测量样品的质量和体积,从⽽可以计算出⼤⽓⽓溶胶粒⼦的密度,其精度可达±2%.⽤差分迁移分析仪(DMA)碰撞技术可以测量直径在0106—0118µm范围内的⼤⽓⽓溶胶粒⼦的密度.对于已知⼏何尺⼨和空⽓动⼒学尺⼨的粒⼦,其测量精度可达±4%.⼤⽓⽓溶胶粒⼦的密度⼀般在0140—1153gΠcm3之间.212121⼤⽓⽓溶胶粒⼦的⽔分⽔分是⼤⽓⽓溶胶的⼀种重要组成成分,空⽓相对湿度(RH)⼤于70%时,它对⼤⽓⽓溶胶粒⼦质量的贡献急剧增加.空⽓相对湿度超过80%时,⽔分约占细粒⼦质量的⼀半以上[14,15].通过对粒⼦成分、RH⼤于80%时粒⼦⽔分含量的急剧增加的测量来确定⽓溶胶⽔分含量.⼤多数离⼦盐都是⽔溶性的,如氯化钠、硫酸盐和硝酸盐.近来的研究表明有机化合物也可能对⽓溶胶⽔含量有重要影响.利⽤基于主要微粒种类成分的热⼒学模式可以计算微粒⽔含量.这种⽅法的局限性是当前的热⼒学模式没有考虑与有机物相关的⽔分含量.将⼤⽓⽓溶胶粒⼦过滤在玻璃纤维膜上,通过微波共振测量其介电常数也可以测定⽓溶胶⽔含量.微波共振能够测量RH⼩于70%时⼤⽓⽓溶胶粒⼦的⽔含量:RH从50%增⼤到70%时,⽓溶胶⽔含量从10%增⼤到70%.此外,利⽤敏感的微量天平通过测量⼤⽓⽓溶胶粒⼦质量对RH的敏感性也可以测量⽔分含量. 212131⽓溶胶粒⼦质量浓度测量⽅法1)滤膜采样称重法测量颗粒物质量浓度最常⽤的技术是过滤.在控制温度和相对湿度的情况下,在采样前后对滤膜进⾏称重,滤膜质量的增加量除以相应时间的采样⽓体体积就得到采样期间的平均颗粒物质量浓度[16].采集⽓溶胶粒⼦的主要滤膜有纤维、颗粒床和核孔膜等.各种滤膜采集粒⼦的原理是近似的.因为粒⼦直径⼩于011µm的粒⼦的扩散能⼒和采集效率都随着粒⼦尺⼨的减⼩⽽增加,所以对于这种粒⼦采⽤扩散法采集.粒⼦直径⼤于015µm的粒⼦⽤截留法和碰撞法采集,采集效率随粒⼦的增⼤⽽提⾼.直径在011—015µm范围内粒⼦的采集效率与滤膜的性质和空⽓通过滤膜的流速关系密切.采集⼤⽓⽓溶胶粒⼦的多种测量滤膜的采集效率⼤于99%,但⼤孔径滤膜的效率要低些.滤膜的⽔分吸收Π吸附作⽤、活性物质的挥发以及称重误差等因素导致颗粒物质量浓度测量值较⼤的误差.2)⽓溶胶粒⼦质量浓度⾃动测量⽅法测量⼤⽓⽓溶胶粒⼦质量浓度的⾃动法包括:β射线测量计、压电晶体和振荡元件仪器.⽬前测量⼤⽓悬浮颗粒质量浓度常⽤的仪器是颗粒物质量监测器.它有多种型号,分别⽤于测量总悬浮颗粒物(TSP)的质量浓度和空⽓动⼒学直径⼩于10µm, 215µm和110µm⼤⽓⽓溶胶粒⼦的质量浓度,单位是µgΠm31212141数浓度测量针对粒⼦的不同尺度范围和不同的分散相(液态或固态粒⼦),其测量尺度的⽅法如表1所⽰.由于⼤⽓⽓溶胶粒⼦尺度跨越5个数量级,故对其整个尺度分布的测量,应采⽤各种⽅法进⾏联合测量.下⾯简要介绍常⽤的测量⽓溶胶粒⼦尺度和数浓度的⽅法.表1　⼤⽓⽓溶胶各种探测技术相应的尺度范围固体或液体分散介质⽅法超微显微光学显微镜光散射沉积离⼼沉积撞击尺度范围Πµm0101—2014—100011—301—500105—200105—30固体分散介质⽅法电⼦显微扩散分离电迁移吸附凝结核计数渗透尺度范围Πµm010005—501002—010501005—101002—5001001—0115015—100凝结核计数器(C NC),也称作凝结粒⼦计数器(CPC)和爱根核计数器(ANC),⽤于测量⼤⽓⽓溶胶粒⼦总的数密度.其原理是先对包含有⼤⽓⽓溶胶粒⼦的密闭容器加压,接着进⾏绝热膨胀,然后对形793711期韩　永等:⼤⽓⽓溶胶物理光学特性研究进展成的液滴进⾏计数.液滴的尺⼨⼀般⽐⽓溶胶粒⼦的尺⼨⼤100—1000倍.C NC可以测量到的最⼩粒⼦尺⼨rmin可达01003µm,因此它对测量⼩粒⼦数密度⾮常有⽤.云凝结核(CC N)计数器通过测量在特定过饱和蒸汽中由⽔凝结于⽓溶胶粒⼦上形成的云滴数⽬来测量云凝结核数密度.云凝结核数密度与⽓溶胶粒⼦的尺⼨分布和成分有关.直径⼤于0104µm的粒⼦可作为云凝结核.C NC的准确性由其探测⽅法决定:单粒⼦计数器的主要由采样率、读数以及可探测最⼩尺度等的不确定性决定;间接测量型的则主要与标定曲线的准确性、仪器的稳定性、信噪⽐、最⼩可探测尺度以及采样误差等有关[17]. 2131尺度谱分布测量直接测量⼤⽓⽓溶胶谱分布的设备主要有光学粒⼦计数器、空⽓动⼒学粒⼦计数器、扫描迁移粒径分析仪、扩散池和凝结核计数脉冲⾼度分析仪等,也可以通过测量⼩采样体积⽓溶胶粒⼦在不同⼊射波长时的散射系数来反演⽓溶胶粒⼦谱分布.⽐如,利⽤差分吸收光谱技术可以检测⽓溶胶的谱分布和反演⽓溶胶参数[18,19].这⾥介绍光学粒⼦计数器(OPC)和空⽓动⼒学粒⼦计数器(APS3321).213111光学粒⼦计数器(OPC)OPC是利⽤粒⼦的光散射特性来测量⽓溶胶粒⼦的数密度谱和浓度的.它⼀般由电源系统、光学系统和信号处理系统三部分组成.⼤⽓⽓溶胶粒⼦通过光照区时所散射的光信号被光电倍增管接收并转换为电脉冲(称为响应量),电脉冲的幅度⽤来确定粒⼦的⼤⼩,电脉冲的计数⽤来确定粒⼦的浓度. OPC的测量结果与仪器照明系统的结构、会聚棱镜系统的结构以及⼤⽓⽓溶胶粒⼦的尺⼨、形状、折射率等密切相关.⽬前可⽤的OPC种类⽐较多.根据散射⾓ψ的不同,OPC可分为同轴型(ψ=0°)和旁轴型(ψ=28°,45°,60°和90°等).根据使⽤光源的不同,OPC可分为⽩光型和激光型等.⽩光型测量的粒⼦半径下限rmin 为012µm,激光型的rmin为0105µm,因此前者适合于测量尺⼨⽐较⼤的⼤⽓⽓溶胶粒⼦,后者适合于测量尺⼨⼩于激光波长的细粒⼦[20].213121空⽓动⼒学粒⼦计数器空⽓动⼒学粒⼦计数器⼜叫飞⾏时间粒谱仪,它是⽤来测量粒⼦通过⼀个喷嘴后加速⽓流中的速度,从⽽获得⽓溶胶粒⼦谱的设备[21—23],如商业性的仪器APS3321空⽓动⼒学粒⼦计数器.其原理是当经过快速加速的⽓溶胶通过⼀个喷嘴时,由于惯性作⽤,⼤⽓⽓溶胶粒⼦往往滞后于⽓流.⼤⽓⽓溶胶粒⼦尺⼨和密度越⼤,其惯性越⼤,因此⼤⽓⽓溶胶粒⼦速度和⽓体速度的差异也就越⼤.边散射光则由⼀个椭圆镜进⾏收集,并聚焦到⼀个固态光电探测器上,它可以把光脉冲转化为电脉冲.通过对两个脉冲尖峰进⾏电⼦计时,就可以计算出每个粒⼦的运动速度.速度信息储存在飞⾏时间储存器中.使⽤聚苯⼄烯橡胶(PS L)球进⾏标定,并将此信息固化于存储器中.APS3321检测粒⼦的范围是015—20µm.如果单独使⽤光散射信号,也可以探测到013—015µm范围内的粒⼦.另外,APS3321还可以存储相应的光散射信号数据和飞⾏时间数据.在测量空⽓动⼒学粒⼦尺⼨时,⽓溶胶通过喷嘴后温度和⽓压⼤⼤降低,这引起相对湿度的变化,从⽽可能影响测量的粒⼦尺⼨.液滴形状的改变也会导致测量尺⼨的误差.该设备的浓度测量精度为±10%.2141光散射特性测量⽅法关于⽓溶胶散射系数测量设备,我们在这⾥主要给出两种:前向散射能见度仪和积分浊度计. 214111前向散射能见度仪前向散射能见度仪是以测量⼤⽓介质前向散射光获得⼤⽓消光系数从⽽得到⼤⽓能见度的仪器.前向散射能见度仪,除了有发射器和接收器之外,还有相应的仪器控制单元电路.主散射⾓33°,采样空间体积为200cm31当光照射到采样空间的⼤⽓粒⼦和分⼦上时,接收器就会接收到相应的散射光信号.在根据光电转换及相应的计算就可以得到⼤⽓能见度.关于⼤⽓能见度的研究已经有很长的历史:18世纪后半期,法国研究者Bouger提出了⼤⽓透明度的概念;19世纪,Rayleigh接着研究这⼀问题,他处理了关于空⽓和其他⼩的球形粒⼦散射问题; Middleton所写的书中包含了关于能见度的理论及相关的研究[24];1924年K oschmieder提出了在各种⼤⽓情况下关于⽬标物的可视范围的基础理论研究[25];1965年,美国空军剑桥研究实验室出版了⼀本关于地球环境的理论、⼤⽓光学和电磁波通过⼤⽓的透过率⽅⾯的书,这些论述奠定了能见度的理论基础[26];从1700年到1998年的研究为⾼级能见度传感器的发展奠定了基础,并且使可视技术也得8937物理学报57卷到了加强[27—31].此外还有摄像法和激光雷达法,透射表测量能见度⽅法简单,被安装在很多重要机场的跑道上.214121积分浊度计积分浊度计是⼀种能够探测⽓溶胶粒⼦散射特性的⾼精度仪器[32—35].⽬前,它⼴泛应⽤于⽓溶胶粒⼦的散射Π消光系数σsp的测量,在地基和机载应⽤项⽬中还被⽤于能见度、边界层⽓溶胶的光学厚度的测量以及粒⼦谱的反演[36—42].浊度计测量⼤⽓光的散射⽅法由Beuttell和Brewer⾸先研究[43],并设计出第⼀批积分浊度计.这些仪器可以产⽣⼀个近似于余弦权重散射函数的信号,其量值为散射部分的消光系数.Charls on完成了标准积分浊度计的初始设计[44].该仪器主要测量⽓溶胶的散射系数σsp,在全球⽓候模式中它是⼀个重要参数.最初,该设备⽤于战时军事⾏动中夜间对⽔平能见度的估测,随着光学测量电⼦技术的发展,特别是经过Crosby和K aerber以及Charls on和Ahignist两次较⼤的技术改进[45,46],开发了多波长浊度计,使⽤⼀个像先前Charls on浊度计的光路设计.到20世纪80—90年代,利⽤积分浊度计测量不同化学组分⽓溶胶的散射作⽤,⼴泛⽤于评估⽓溶胶直接引起的⽓候效应的测量研究.⽐如:1970年中期,NOAA(G MCC即G eophysical M onitoring for Climate Change,现在是C MD L即Climate M onitoring and Diagnostics Laboratory)项⽬在四个背景站安装了多波长积分浊度计,分别是阿拉斯加的巴罗,夏威夷岛莫纳罗亚⼭(夏威夷岛的活⽕⼭),美国萨摩亚群岛(南太平洋),南极,在这四个基准背景站上,连续纪录⼤⽓⽓溶胶的光散射数据[47—53].国内关于积分浊度计的应⽤研究⼯作开展的较少,且集中在对⼤⽓⽓溶胶的散射系数和沙尘粒⼦光学特性的监测上[54—56].2151⼤⽓⽓溶胶复折射指数测量⼤⽓⽓溶胶粒⼦的存在直接影响了光在⼤⽓中的传播,造成光在⼤⽓中的衰减.⼤⽓中⽓溶胶粒⼦对光的散射和吸收特性是影响激光束传播的主要因素之⼀,特别是⽓溶胶粒⼦对光的吸收可导致⾼能激光光束热晕效应的发⽣和⼤⽓击穿.⽓溶胶粒⼦折射率虚部mi是决定⼤⽓⽓溶胶吸收特性的重要参数,在⼤⽓辐射收⽀平衡中起着重要的作⽤,⽓溶胶辐射强迫效应的正负在很⼤程度上取决于其折射率虚部的⼤⼩.因此,许多研究⼈员对⽓溶胶粒⼦折射率虚部(mi)的测量⽅法进⾏了研究[57—60].如果能够测量得到⽓溶胶粒⼦的吸收系数,则可以在对⼤⽓⽓溶胶的特性做了某些假定的前提下采⽤Mie散射理论推算出mi,也可以通过测量单个或⼩采样体积的⽓溶胶粒⼦在不同散射⾓的散射函数来反演⽓溶胶的折射率.⽓溶胶粒⼦对光的吸收,还造成了⼤⽓中⼀些⽓溶胶粒⼦间以及⽓溶胶粒⼦和⽓体间的光化学反应,产⽣了很多尚不可测的影响.⽬前,关于⽓溶胶对光的吸收及复折射指数的测量已有很多报道[58—69].对⽓溶胶腹复折射指数mi的测量⽅法可以简单概括为三类:1)测量⽓溶胶粒⼦吸收光的能量后产⽣的声波来确定粒⼦的吸收系数,即光声光谱法,可以进⾏实时测量.使⽤能量较⾼的⼊射光可提⾼测量的灵敏度,但会造成粒⼦中某些成分的蒸发⽽引起测量误差[70].2)测量直接采样得到的⽓溶胶粒⼦样品的吸收系数,如积分⽚法[71].该⽅法简单易⾏,因此较为常⽤.由于积分⽚法在测量中改变了⽓溶胶粒⼦的⾃然悬浮状态,滤膜收集到的粒⼦的光学特性可能与实际⼤⽓中情况有所不同.还有,该⽅法忽略了多次散射效应和后向散射以及⼀些界⾯反射等的影响,这些都可能会造成较⼤的测量误差.3)反演⽅法,⽐如根据OPC测量的粒⼦谱分布对⽓溶胶折射率虚部敏感的特点,利⽤OPC和太阳辐射计同时测量的结果确定⽓溶胶折射率虚部,并同积分⽚法的测量结果进⾏了对⽐,结果较为合理;测量碳元素,因为元素碳是⼤⽓⽓溶胶中的主要吸光物质,所以可通过测量⽓溶胶中元素碳的含量来研究⽓溶胶的吸收特性[72].31⼤⽓⽓溶胶光学遥感研究⽅法当进⾏⼤范围的⽓溶胶特性研究时,上述直接测量⽅法很难满⾜要求,为此发展了遥感测量技术.⽓溶胶粒⼦对⼊射辐射的散射和吸收作⽤可以使⼊射辐射的性质和强度发⽣变化,通过测量⼊射辐射的变化可以反演⽓溶胶粒⼦特性,这是遥感⽓溶胶的基本原理.利⽤遥感⽅法可以直接得到⽓溶胶辐射特性,并⽤于⽓候研究过程.⽓溶胶物理光学特性的遥感⽅法可以分为两类:主动探测(主动遥感)和被动探测(被动遥感)[73].激光雷达(包括车载和地基激光雷达探测)属于主动探测;运⽤卫星遥感、太993711期韩　永等:⼤⽓⽓溶胶物理光学特性研究进展阳辐射计等被动探测⼿段也可以获得⽓溶胶粒⼦的光学特性.3111利⽤太阳直接辐射遥感⽓溶胶光学厚度近30年来,太阳分光光度计作为⼀种简单⽽⼜经济的技术来遥感⽓溶胶的光学特性和⽔汽含量,它是⽓溶胶光度学观测的⼀种常⽤⽅法[74].实际应⽤中,光度计的波段选择、半波宽度、仪器定标(Langley⽅法)、吸收⽓体的影响以及观测条件等⽅⾯的因素都可能带来误差,许多作者对此作过分析[75—87].此外,利⽤窄波段光度计测量⽓溶胶光学厚度是⼀个⽐较准确有效的⽅法,但⽬前还不具备在全国范围内布点进⾏常规遥感的条件,⽽国内有⼏⼗个⽇射站全年进⾏全波段太阳直射辐射的测量,充分利⽤这些辐射资料研究⼤⽓⽓溶胶物理和光学特性是有意义的[88—90].3121消光2⼩⾓散射法遥感⽓溶胶谱分布光谱消光法(也称Langley法)和⼩⾓散射法(也称华盖天空亮度法)是两个遥感⽓溶胶光学厚度、谱分布的经典⽅法.1981年,吕达仁等从研究⽓溶胶的消光系数和散射相函数⼊⼿,发现⽓溶胶消光系数和前向⼩⾓散射相函数分别对较⼩(如⼩于1µm)⽓溶胶粒⼦和较⼤(⼤于1µm)粒⼦⽐较敏感,根据这⼀特性分析了光谱消光法和⼩⾓散射法在反演⽓溶胶谱分布的不同优缺点,提出了⼀个综合应⽤⽓溶胶的消光系数和⼩⾓散射相函数反演谱分布的⼀个新⽅法,即消光2⼩⾓散射法,⼤⼤提⾼了⽓溶胶谱分布的反演精度[91—93].利⽤天空辐射和天空偏振含有⽓溶胶信息,也是反演谱分布另⼀条思路[94—96].使⽤多个波长测得的光学厚度可以反演更符合实际的谱型的光学参数[97].使⽤Phillips和T w omey发展的解第⼀类Fredholm 积分⽅程的线性反演⽅法,利⽤多波段上的⽓溶胶光学厚度反演谱分布的⼯作,为以后的反演研究奠定了基础[98—100].在反演中考虑了多次散射,这是⼀个重⼤的改变,为使⽤⽇晕之外的散射奠定了基础[101].在分析多次散射影响的基础上,固定复折射指数,适⽤⽇晕和天空散射的数据反演0105—10µm范围内的粒⼦谱分布,是具有代表性的研究⼯作之⼀[102,103].华盖计是利⽤测量太阳附近的天空亮度(华盖区)反演⽓溶胶特性的⼀种⽅法,最早是由Deirmendjian在1957年提出[104,105].这个区域较强的天空亮度主要是由于⽓溶胶粒⼦较强的⼀次前向散射引起的.通过测量⽓溶胶的直接消光和华盖区天空亮度,可以反演较⼤半径粒⼦的⽓溶胶光学厚度、粒⼦谱等信息[106,107].发展影响辐射⽓候效应⽓溶胶光学厚度的反演算法、单粒⼦测量技术和⾮球形粒⼦光散射的计算⽅法成为现今⽓溶胶基础研究⽅向之⼀[108—110].邱⾦桓等在详细分析了天空亮度与⽓溶胶光学特性和地⾯反照率关系的基础上,通过测量1°—30°的体散射函数、10°的散射相函数、40°的加权相函数以及90°的天空亮度分别反演了⽓溶胶粒⼦谱、⽓溶胶折射率实部、虚部以及地⾯反射率[88,89].考虑到中、⾼层⼤⽓在曙暮光形成中起主要作⽤,曙暮光被⼈们⽤来遥感平流层⽓溶胶消光系数分布等信息.在这⼀研究⽅⾯,我国学者建⽴了⼀个球⾯⼤⽓的M onte Carlo辐射传输算法,发展了⼀个应⽤曙暮光信息反演⽓溶胶特性:综合应⽤实测的曙暮光资料和激光探测的后向散射⽐来反演北京地区平流层⽓溶胶光学厚度[106,107].此外,利⽤多光谱、多⾓度天空散射以及消光观测可以同时反演⽓溶胶粒⼦谱分布、复折射指数和单次散射反照率[111].这个反演⽅案将物理模型和反演算法相对独⽴的分别考虑,基于对反演噪声影响的统计优化估计,在考虑测量存在误差的前提下,拟合了物理模型中的多个参数,通过确定经过平滑的最优解,是⽬前较全⾯、精度较⾼的反演⽅案,并已业务运⾏[112].3131激光雷达遥感以上都是以太阳为光源的被动遥感,⽽激光雷达是⼀种主动遥感⼿段,利⽤激光雷达可以得到⽓溶胶的垂直分布信息[113,114].激光探测⽓溶胶和云⾬物理学特性以及能见度等⼤⽓光学现象是起步最早、应⽤最⼴的激光⼤⽓遥感研究领域,主要包括探测云⾼、云的层次、云中消光系数分布、云的偏振特性、⾬强和⾬滴谱[115,116],⼤⽓⽓溶胶的消光系数分布、折射率和它的谱分布、沙尘暴、与⽓溶胶的物理光学特性有关的⼤⽓现象,如能见度、⼤⽓边界层⾼度、烟尘污染扩散等.在研制探测⼤⽓温度和⼤⽓中温室⽓体C O2的Raman激光雷达时也需考虑消除⼤⽓⽓溶胶光学特性的影响[117—119].这类探测都依据激光后向(弹性)散射的原理[120—125].激光雷达遥感⼜分为两种,⼀种是把激光雷达放置于地⾯上进0047物理学报57卷⾏对空探测;另⼀种是放在空中进⾏对地探测,⽐如利⽤机载和星载合成孔径雷达进⾏观测.表2给出了⼏种典型的应⽤在遥感领域的空基合成孔径雷达系统[126].表2　⼏种典型的遥感应⽤的空基合成孔径雷达(S AR)系统国家美国美国加拿⼤德国丹麦中国代号NAS AΠJP L P23S AR GE OBES AR E2S AR K RAS CASS AR 极化L,C,P L,C,X C,X L,C,X C X波段四极化四极化四极化HH,VV VV四极化视⾓Π(°)20—5011—790—8520—5020—800—55⽅位分辨率Πm221246,20215,4152,4,810距离分辨率Πm7158156,20215,4152,4,810测绘带宽Πkm7—126—1322,6210,4035峰值功率ΠkW1—313,28215230频带宽度ΠMH z40—33100100—记录通道1243台磁带机1212多带处理类型数字数字数字数字数字光学实时性实时实时实时⽆⽆⽆⾼度Πkm87—878126—10装备时间1988年1988年1994年1989年1989年1988年配装机型NAS ADC23NADC2P3D LE DO288D LRDO288G23CESS NACIT,ATION SΠ113141卫星遥感地⾯遥感⽓溶胶可以得到较为准确的⽓溶胶信息,但是⽬前这种⽅法只能在有限的区域进⾏,不能⽤来遥感⼤范围⽓溶胶光学特性[127—131].利⽤卫星遥感或者机载航空遥感系统可以弥补这个不⾜,特别是在环境恶劣的边远地区和⼴阔的海洋地区,卫星遥感⽅法更能显出它的优势[132].国际上开展卫星遥感⽓溶胶的⼯作始于20世纪70年代中期[133],中国科学家从80年代中期开始也进⾏了这⽅⾯的研究.1986年赵柏林等利⽤NOAA AVHRR资料,进⾏了遥感海上⼤⽓⽓溶胶的研究[134].周明煜等利⽤NOAA AVHRR资料分析了1993年4⽉北京、天津上空沙尘暴特性发现,在沙尘暴发⽣时,AVHRR可见光通道1和可见光通道2的反射率都有增加,沙尘暴强度越⼤,反射率增加越⼤[135].41⼤⽓⽓溶胶的⽓候环境效应当前⽓溶胶研究的⼀个最重要⽬标是科学评估⼤⽓⽓溶胶的辐射强迫与⽓候影响.⽓溶胶对⽓候和环境的辐射效应研究基本上是从20世纪90年代开始的,主要包含两部分内容:⼀是不同地区⽓溶胶对周围环境的辐射⽓候效应研究,主要局限于局地⽓溶胶类型;⼆是⽓溶胶⽓候效应的模式研究,主要是从局域和全球尺度对⽓溶胶的⽓候效应进⾏模拟研究.4111⽓候效应⼤⽓⽓溶胶的⽓候效应,既包含它与太阳辐射和地球辐射的相互作⽤,也具有相应的动⼒学变化,尤其是⽓溶胶的辐射吸收加热的动⼒效应,还包括地⾯2⼤⽓的⽔分循环过程[136,137].最近⼀⼆⼗年来,先后出现的⼈⼯影响天⽓、酸⾬、核冬天、北极霾、南极臭氧洞,以及突发性灾变事件等引起社会普遍关注的问题,⽆⼀不与⼤⽓⽓溶胶有关,⽽且都具有⼀定程度的⽓候效应[138,139].有关⽓候变化的数值模拟,前⼏年主要致⼒于⼤⽓和海洋环流模式之间的耦合上,近年来森林⽕灾、⽕⼭喷发及中东地区油井⼤⽕已使新的⽓溶胶⽓候效应的模拟活跃起来.有关⽓溶胶的⽓候效应⾮常复杂,⼀般通过数值模拟进⾏分析和讨论,这是⽓溶胶影响⽓候的主要途径.⼈类影响⽓候研究(S MIC)的历次国际会议上多次强调长期监测背景⽓溶胶特征的必要性.W MO明确建议组成全球本底污染监测⽹,其中选⽤了⼤⽓浑浊度作为监测⼤⽓⽓溶胶现有⽔平和长期变化的重104711期韩　永等:⼤⽓⽓溶胶物理光学特性研究进展要参数.由于⽓象能见度与⼤⽓光学厚度密切相关,在⼀定条件下也可把它作为⼤⽓消光的直接反映.在当前缺乏⼤⽓⽓溶胶长年观测资料的情况下,可望利⽤⽓象台站的能见度资料,配合其他⽓象要素,分析空⽓质量的长期变化趋势.⽓溶胶与辐射的相互作⽤,主要通过影响地2⽓系统的辐射场,其符号与温室⽓体的辐射强迫作⽤相反,⽽量值与温室⽓体相⽐拟[140—144].⼀般可分为直接影响和间接影响两个⽅⾯.散射和吸收能量的相对量及⽓溶胶层的反射率受⽓溶胶粒⼦的单次散射反照率、不对称因⼦、⽓溶胶层的消光光学厚度以及下垫⾯或⼤⽓层的反照率的控制.另。

大气环境中气溶胶的光学特性与气候效应

大气环境中气溶胶的光学特性与气候效应气溶胶是大气环境中常见的悬浮颗粒物质，由固体或液体微小颗粒组成。

气溶胶对大气中的光线传播和反射起着重要作用，影响大气能量收支和气候变化。

本文将探讨气溶胶的光学特性以及其对气候的影响。

一、气溶胶的光学特性气溶胶与光的相互作用主要包括散射和吸收。

散射是指光线遇到气溶胶颗粒后改变方向的过程，分为弹性散射和非弹性散射。

弹性散射是光线与气溶胶颗粒碰撞后改变路径，但其能量不发生变化；非弹性散射是指光线与气溶胶颗粒碰撞后能量发生转移。

吸收则是指气溶胶吸收光线的能力。

气溶胶的光学特性与其化学成分、形状和尺寸密切相关。

不同化学成分的气溶胶对不同波长的光线有不同的散射和吸收效应。

例如，硫酸盐和硝酸盐是常见的二次气溶胶，它们对短波长光线有较强的散射作用，而有机碳和黑碳等主要由燃烧过程中排放的气溶胶对长波长光线具有较强的吸收作用。

二、气溶胶的气候效应气溶胶对气候的效应主要包括直接效应和间接效应。

直接效应是指气溶胶对光线的散射和吸收作用直接影响着地球的能量收支。

散射作用使得部分太阳辐射被散射至太空中，从而减少了地面的入射辐射量，导致地球表面的冷却。

吸收作用则会使得大气层中的能量增加，从而引起大气层的加热。

气溶胶的间接效应则是由于气溶胶改变了云的性质和属性，进而影响云的辐射特性。

云是气候系统中重要的能量收支调节者之一，气溶胶的存在会改变云滴的形成和云的持续时间、云滴的大小和数量，进而影响云的反照率和辐射特性。

例如，大量的气溶胶可以作为云凝结核，促进云滴的形成，增加云的反照率，导致更多的太阳辐射被反射回太空，从而产生冷却效应。

不同类型的气溶胶对气候的影响程度存在差异。

例如，硫酸盐气溶胶对气候的冷却效应较为显著，而有机碳等气溶胶则具有较强的加热效应。

此外，气溶胶的空间分布和浓度也会对其气候效应产生影响。

在大气中，气溶胶的形成和消失过程较为复杂，受到气象条件、排放源以及大气化学反应等多种因素的影响。

气溶胶物理学中的重要参数研究

气溶胶物理学中的重要参数研究第一章引言气溶胶是指在空气中悬浮的液态或固态细小颗粒物质，具有很大的表面积和活性，在大气环境和人类健康等方面都具有重要影响。

气溶胶物理学是研究气溶胶的基本物理过程，包括气溶胶的形成、演化和变化等。

气溶胶的特性和参数是气溶胶物理学研究的核心，其中一些参数的研究在大气环境、工业生产和医疗卫生等领域具有重要应用价值。

第二章气溶胶的重要参数2.1 粒径大小气溶胶的粒径大小是气溶胶的一个重要参数，它决定了气溶胶的吸收和散射特性以及对人体健康的影响程度。

粒径大小一般使用单位为微米（μm）或纳米（nm）来表示，通常根据其粒径大小可以将气溶胶分为超细颗粒（小于0.1μm）、细颗粒（小于2.5μm）和粗颗粒（小于10μm）。

研究气溶胶的粒径大小，可以帮助我们更好地了解气溶胶对环境和人类健康的影响。

2.2 光学参数气溶胶的光学参数是指气溶胶在光学波段内，如紫外线、可见光和红外线等波段内对光线的吸收和散射等。

光学参数通常包括消光系数、散射系数和吸收系数等。

这些参数的测定可以帮助我们研究气溶胶对光学效应的影响，为我们了解大气环境中的光强和透射率等提供参考。

2.3 化学成分化学成分是气溶胶的一个重要参数，它关系到气溶胶的来源、组成和变化等，同时也决定了气溶胶的生态手段和生化过程。

气溶胶的化学成分一般包括有机物、无机物、微生物和放射性核素等。

通过研究气溶胶的化学成分，可以帮助我们了解气溶胶在环境中的形成和演化过程及其对人类健康和自然环境的影响。

2.4 形态和结构特征气溶胶的形态和结构特征是另一个重要参数，它决定了气溶胶的附着属性和过滤效率等。

气溶胶的形态和结构特征通常可以通过电子显微镜和扫描电子显微镜等科学仪器进行观察和分析。

通过研究气溶胶的形态和结构特征，可以帮助我们了解气溶胶粒子在环境中的分布和物理特性，从而提高精确控制和过滤的效率。

第三章气溶胶重要参数的测定方法3.1 气溶胶粒径大小的测定气溶胶粒径大小的测定方法较多，常用的包括激光粒度分析法、电阻法和光学显微镜观察法等。

大气环境中气溶胶的光学特性与粒径参数

大气环境中气溶胶的光学特性与粒径参数气溶胶是指悬浮在空气中的微小固体或液体颗粒物，对空气质量和大气环境有着重要的影响。

了解气溶胶的光学特性和粒径参数对于研究大气污染、气候变化以及空气质量改善等具有重要意义。

本文将介绍气溶胶的光学特性以及粒径参数，并探讨其在大气环境中的应用。

一、气溶胶的光学特性1.1 散射特性气溶胶颗粒物对入射光的散射是其重要的光学特性之一。

散射可分为弹性散射和非弹性散射两种。

弹性散射是指入射光与气溶胶颗粒相互作用后，散射角度和波长均与入射光相同；非弹性散射则包括拉曼散射等现象，其中入射光的频率与散射光的频率存在差异。

通过测量和分析气溶胶的散射特性，可以推断出气溶胶的浓度和成分等重要参数。

1.2 吸收特性除了散射外，气溶胶颗粒物还具有吸收光的特性。

吸收光主要源于一些特定成分如黑碳、有机物质等的存在。

通过测量气溶胶的吸收特性，可以评估气溶胶对太阳辐射的吸收能力，进一步揭示气溶胶对气候变化的潜在作用。

1.3 偏振特性气溶胶颗粒的偏振特性是指入射光在传播过程中与气溶胶颗粒的相互作用，导致散射或吸收光的偏振状态发生变化。

通过探测和分析气溶胶的偏振特性，可以揭示气溶胶的形态和结构等信息，并提供对大气环境的深入理解。

二、气溶胶的粒径参数2.1 粒径分布气溶胶粒径分布是指在一定环境下，气溶胶颗粒在不同粒径范围内的浓度分布情况。

粒径分布可以用来描述气溶胶颗粒的大小和分布情况，通常通过激光粒度仪等装置进行测量。

2.2 中心粒径中心粒径是指气溶胶颗粒的平均粒径大小，通常通过在实验室或大气环境中采集气溶胶样品，利用光学和电学等方法来测量和计算。

2.3 粒径分散度粒径分散度是指气溶胶颗粒在粒径分布中的离散程度。

粒径分散度越大，说明气溶胶颗粒在粒径上的变化范围越大；反之，粒径分散度越小，说明气溶胶颗粒的粒径分布越窄。

三、气溶胶光学特性与粒径参数的应用3.1 大气污染监测通过测量和分析气溶胶的光学特性和粒径参数，可以有效监测大气中的污染物质，如颗粒物浓度、化学成分等，为大气污染治理和环保工作提供科学依据。

气溶胶消光系数,后向散射系数

气溶胶消光系数,后向散射系数气溶胶消光系数和后向散射系数是大气科学领域中的重要概念，它们对于大气的光学特性和能量传输起着至关重要的作用。

一、气溶胶消光系数的定义和作用1.1 气溶胶消光系数的定义气溶胶消光系数是指大气中气溶胶颗粒对于光的吸收和散射作用的综合反映。

它是衡量大气中气溶胶颗粒对光传播影响的重要参数，记作β。

1.2 气溶胶消光系数的作用气溶胶消光系数的大小与大气能见度、光线的传播距离等有密切关系。

在大气光学研究和大气环境监测中，气溶胶消光系数的测量和分析是十分重要的，对于预测和控制大气污染具有重要的意义。

二、后向散射系数的定义和作用2.1 后向散射系数的定义后向散射系数是指大气中气溶胶颗粒对光的后向散射能力的度量，记作σ。

2.2 后向散射系数的作用后向散射系数反映了大气中气溶胶颗粒对于光的反向散射程度，它与大气透明度、散射角分布等密切相关。

后向散射系数的研究可以帮助我们了解大气的光学性质和大气污染对于光线传播的影响。

三、气溶胶消光系数和后向散射系数的关系气溶胶消光系数和后向散射系数都是描述大气中气溶胶颗粒对光作用的重要参数，它们之间的关系密切相关。

气溶胶的消光主要与吸收和前向散射有关，而后向散射系数则反映了气溶胶颗粒对于光的反向散射能力。

在大气光学研究中，气溶胶消光系数和后向散射系数的综合分析可以帮助我们全面了解大气中气溶胶对于光的作用规律，从而更好地预测和控制大气污染。

四、个人观点和总结通过对气溶胶消光系数和后向散射系数的理解，我深刻认识到了大气中气溶胶颗粒对于光传播的重要影响，也意识到了对于这些参数的综合分析在大气环境监测和污染防治中的重要性。

未来，我希望能够进一步深入研究大气光学领域的相关知识，为改善大气环境质量做出更多的贡献。

总结起来，气溶胶消光系数和后向散射系数是大气光学研究中的重要概念，它们对于大气环境的光学特性和能量传输具有重要影响。

深入理解和研究这些参数，对于预测和控制大气污染，改善大气环境质量具有重要的意义。

大气环境中气溶胶的光学特性与湿度效应

大气环境中气溶胶的光学特性与湿度效应气溶胶是指悬浮在大气中的固体或液体微粒，在大气科学研究中具有重要作用。

气溶胶能够散射和吸收太阳辐射，影响大气的辐射传输和能量平衡，对地球气候变化和环境污染等问题产生重要影响。

其中，气溶胶的光学特性和湿度效应是研究的热点和难点之一。

一、气溶胶的光学特性1. 散射特性气溶胶微粒对入射光的散射作用是其最基本的光学特性之一。

根据散射角度的不同，可以将气溶胶的散射分为前向散射、后向散射和侧向散射。

前向散射主要指气溶胶微粒向光的传播方向发生散射，后向散射则与之相反。

2. 吸收特性气溶胶微粒对入射光的吸收作用也是其重要的光学特性之一。

大气中的气溶胶主要包括有机物质、无机盐、金属元素等，这些组分对不同光波长的光有着不同的吸收特性。

吸收特性会导致气溶胶的光学参数发生变化，进而影响大气辐射传输。

二、湿度效应对气溶胶光学特性的影响大气中的湿度会对气溶胶的光学特性产生影响，主要表现在以下方面：1. 湿度对散射特性的影响湿度增加会导致气溶胶微粒表面发生吸湿现象，使气溶胶微粒增大，从而增加散射的强度。

此外，湿度的增加还会导致气溶胶微粒的折射率发生变化，改变了散射的方向和强度。

2. 湿度对吸收特性的影响湿度的增加可以促使气溶胶微粒中的水分子发生物理吸附或化学吸附，改变了气溶胶微粒的吸收特性。

相对湿度的增加会提高气溶胶的折射率，导致吸收峰位的偏移和吸收峰值的变化。

三、气溶胶光学特性与大气环境的关系大气中的气溶胶光学特性与大气环境之间有着密切的关系。

大气中的气溶胶来源复杂多样，包括自然源和人为源，如火山喷发、沙尘暴、工业排放等。

这些气溶胶微粒的特性会直接影响大气的辐射传输和能量平衡。

另外，大气的湿度也会影响气溶胶的光学特性。

湿度的变化会改变气溶胶微粒的相对湿度，进而改变气溶胶的吸湿性和光学特性。

这种湿度效应对于解释气溶胶粒子在大气中的生命周期、光学特性和影响环境质量等问题具有重要意义。

结论气溶胶的光学特性与湿度效应是大气科学研究中的重要内容，对于理解大气辐射传输、气候变化和环境污染等问题具有重要意义。

大气气溶胶的光学特性参数测量与解析方法研究

大气气溶胶的光学特性参数测量与解析方法研究大气气溶胶是指悬浮在大气中的微小颗粒，包括尘埃、烟雾、雾霾等。

它们对光的散射和吸收作用，直接影响大气的能量平衡和可见光透过性。

因此，测量和解析大气气溶胶的光学特性参数，对于了解大气污染物的分布、来源和变化趋势具有重要意义。

光学特性参数是指描述大气气溶胶对光的散射和吸收能力的物理量。

这些参数包括散射系数、吸收系数和相函数等。

散射系数是指单位体积气溶胶对入射光的散射能力，吸收系数则是指单位体积气溶胶对入射光的吸收能力。

而相函数描述了散射光的方向性分布。

测量大气气溶胶的光学特性参数主要依靠遥感技术和地面监测技术。

遥感技术利用航空或卫星平台上的光学传感器，通过测量散射和吸收光的强度，推算出气溶胶的光学特性参数。

这种方法适用于大范围区域的监测，但受到气象条件、云层干扰等因素的限制。

地面监测技术则是在地面上设置光学仪器，直接测量气溶胶的光学特性参数。

常用的地面监测方法包括散射光谱法、吸收光谱法和多角度散射法等。

散射光谱法通过测量入射光和散射光的光谱分布，反推气溶胶的散射系数和相函数。

吸收光谱法则是通过测量入射光和透射光的光谱分布，推算气溶胶的吸收系数。

多角度散射法是一种比较先进的地面监测方法。

它利用不同角度下散射光的变化规律，反推出气溶胶的相函数和散射参数。

这种方法需要精密的仪器和复杂的数据处理，但可以提供更为详细的气溶胶特性信息。

解析大气气溶胶的光学特性参数是一个复杂且具有挑战性的任务。

在实际应用中，需要考虑光学模型的准确性、测量误差的影响以及数据处理方法的可靠性等因素。

此外，气象条件、地理位置和气溶胶组成等因素也会对测量结果产生影响。

除了测量，还有一些模拟方法可以用于解析大气气溶胶的光学特性参数。

比如，利用光学传输模型和气溶胶浓度观测数据，可以通过反演方法计算出散射系数和吸收系数。

这种方法不仅可以分析气溶胶的光学特性，还可以估计气溶胶对辐射场的影响。

总之，大气气溶胶的光学特性参数测量与解析方法研究是一个复杂而重要的领域。

气溶胶光学厚度

第2章气溶胶光学厚度反演的原理和方法气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth ）简称AOD ，定义为介质的消光系数在垂直方向上的积分，描述的是气溶胶对光的消减作用[7]。

它是气溶胶最重要的参数之一，表征大气浑浊程度的关键物理量，也是确定气溶胶气候效应的重要因素。

通常高的AOD 值预示着气溶胶纵向积累的增长，因此导致了大气能见度的降低。

现阶段对于AOD 的监测主要有地基遥感和卫星遥感两种方法。

其中地基遥感又有多种形式：多波段光度计遥感、全波段太阳直接辐射遥感、激光雷达遥感等。

其中多波段光度计遥感是目前地基遥感研究中采用的最广泛的方法。

美国NASA 和法国LOA-PHOTONS 联合建立的全球地基气溶胶遥感观测网AERONET 所使用的就是多波段太阳光度计（Sun/SkyPhotomerers ），在全球共布设1217个站点长期观测全球气溶胶的光学特性，积累了大量的AOD 数据，并用作检测气溶胶光学厚度反演精度的标准。

而近年来卫星遥感技术的快速发展，多种传感器被用来研究气溶胶特性，加上经济发展带来的大气污染问题使得利用卫星遥感资料反演AOD 成为热门课题。

2.1 气溶胶光学厚度反演的基本原理大气光学厚度是指沿辐射传输路径单位截面上气体吸收和粒子散射产生的总消弱，是无纲量值。

在可见光和近红外波段，它可以由下列公式计算得出：)()()()()()(a 21m λτ+λτ+λτ+λτ+λτ=λτμωω (2-1)其中)(λτ表示大气总的光学厚度，)(m λτ表示整层大气的分子散射光学厚度，)(1λτω表示氧气的吸收光学厚度，)(2λτω表示臭氧的吸收光学厚度，)(λτμ表示水汽的吸收光学厚度，)(a λτ表示气溶胶光学厚度[21; 22]。

卫星遥感反演大气气溶胶是利用卫星传感器探测到的大气顶部的反射率，也称为表观反射率，可以表示为[23]：F /L s s *μπ=ρ (2-2)其中，L 表示卫星传感器探测到的辐射值，F s 表示大气上界太阳辐射通量，μs 表示太阳天顶角θs 的余弦值。

气溶胶光学深度

气溶胶光学深度气溶胶光学深度（AOD）是气溶胶物理学领域中的一个重要参数，指的是大气中气溶胶对可见光的衰减程度。

气溶胶是指在大气中悬浮的无定形固体或液体微粒，其大小通常在几个纳米至几十微米之间，包括尘埃、烟雾、颗粒物等，来源于自然和人类活动。

在地球科学、气象学和环境科学等领域，掌握AOD的变化规律和分布特征，对研究空气质量、气候变化、公共健康等具有重要意义。

AOD的测量是利用遥感技术进行的，主要是利用卫星遥感、飞机遥感和地面设备遥感等方式进行。

其中，卫星遥感是最常用的方法，运用MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）、AVHRR（Advanced Very High-Resolution Radiometer）等卫星平台进行遥感观测，可获取全球范围内气溶胶光学深度信息。

飞机遥感则是通过使用搭载特定仪器的飞机对大气成分进行实时监测和测量。

地面设备遥感则主要是利用雷达和激光雷达等设备对气溶胶进行实地探测，并进一步推断出AOD的数值。

不同的遥感方式，可获取精度不同的AOD数据，但准确性均需经过定标和验证，才能得出可靠结果。

气溶胶光学深度是以大气延伸高度为单位进行计算的，其数值约在0至1之间，逐渐增大。

AOD的测量结果受到大气湍流、太阳高度角、天气等因素的影响，因此在不同时间、地点和气象条件下，AOD均存在一定的差异。

目前，对AOD变化的研究主要包括几种类型：对全球范围内AOD变化进行分析，对某个特定区域的AOD变化进行研究，和对不同源的气溶胶的贡献进行精细刻画。

其中，全球性研究可帮助预测气候变化与大气污染趋势，而针对局部的研究，则有助于了解污染源的分布和影响范围。

研究表明，气溶胶光学深度随着高度增加而减小，反映了大气中气溶胶粒子的垂直分布特征。

全球范围内的AOD分布具有明显的季节性变化，受到东亚污染漂移、沙尘暴、森林火灾等因素的影响。

气象条件的变化也对AOD造成了影响，如梅雨季节和台风天气，AOD 值较高。

550nm气溶胶光学厚度

550nm气溶胶光学厚度
气溶胶光学厚度是用来描述气溶胶颗粒对光的散射和吸收能力的参数。

气溶胶光学厚度通常用τ表示，它是指气溶胶颗粒在大气中对光的吸收和散射造成的光学路径长度。

对于波长为550纳米的光线，气溶胶光学厚度的数值可以反映气溶胶对这一波长光线的影响程度。

气溶胶光学厚度的计算涉及到气溶胶颗粒的浓度、大小和光学性质等因素。

一般来说，气溶胶光学厚度越大，表示大气中的气溶胶颗粒对光的吸收和散射作用越显著，从而影响大气的透明度和能见度。

在环境监测和大气光学研究中，气溶胶光学厚度的变化对于了解大气污染物的扩散传输、气候变化和环境质量具有重要意义。

此外，气溶胶光学厚度还与大气中的光学散射和吸收过程密切相关。

通过监测和分析气溶胶光学厚度，可以帮助科学家们更好地理解大气中的光学特性，从而推断大气污染物的来源和影响，以及预测大气环境的变化趋势。

总之，对于波长为550纳米的光线，气溶胶光学厚度的数值可
以提供关于大气中气溶胶颗粒影响程度的重要信息，对于环境监测、大气光学研究和气候变化等方面具有重要意义。

气溶胶的种种性质从成分上来说气溶胶的种种性质是什么

气溶胶的种种性质从成分上来说气溶胶的种种性质是什么气溶胶的性质主要包括两类：物理性质、光学性质1.气溶胶的物理性质：1.1 气溶胶的粒径：用来表征气溶胶粒子的尺度，可理解为粒子的直径（实际直径）等效直径）。

气溶胶粒子粒径的尺度可以反映气溶胶粒子的来源，直接与粒子的官学性质、体积、质量和沉降速度有关。

1）按粒径的尺度气溶胶粒子可分为3类：爱根核、大核和巨核。

2）按照质量和沉降分类：总悬浮颗粒物、飘尘、降尘和可吸入颗粒物。

1.2 气溶胶粒径子谱：描述粒子数随半径变化的函数（粒子数谱分布和体积谱分布），比较常用的粒子谱分布函数有：容格谱、伽马谱、修正伽马谱、读书正态谱、双对数正态谱。

1.3 气溶胶粒径尺度描述：1）Angstrom指数：气溶胶粒子的谱分布满足Junge分布的情况下，存在关系：τa(λ)=βλ-α,其中，τa(λ)为波长λ处的气溶胶光学厚度，α为粒子的大小，描述气溶胶光学厚度随波长的而变化关系。

Angstrom 指数与气溶胶粒子的尺度有关，粒子的尺度越大，指数的值就越小；β为大气浑浊度系数，与气溶胶粒子综述、粒子谱分布和折射率有关。

2）有效半径和有效方差：在气溶胶辐射强迫效应评估的过程中用几何平均半径和标准偏差做为气溶胶粒子谱的参数。

1.4 气溶胶粒子三模态分布：用粒子的数浓度、表面积浓度和体积浓度是哪个分布函数相叠加来分析粒子的尺度分布特征及其所包含的内容。

1.5负折射指数：决定于粒子的化学组成，对于不同波长的电磁波辐射，值有所不同。

实部是吸收截止的折射率，决定于电磁波在吸收介质中的传播速度；虚部决定于电磁波在吸收介质中传播时的衰减（吸收），与这终结值对电磁波段的吸收能力有关。

2.气溶胶的光学性质：2.1气溶胶光学厚度 AOD（Aerosol Optical Depth）：气溶胶的消光系数在垂直方向上的积分，描述气溶胶对光的衰减作用，是大气质量的表征指标之一。

常用的反演估算方法有地基观测数据和遥感观测数据反演估算两种。

溶胶的光学性质

瑞利散射
瑞利散射关于光散射的科学观察约从19世纪中叶开始,其中J.廷德耳(1869)的工作有重要作用, 因此也常把光的散射现象称为廷德耳效应。这之后，瑞利于1871年假设物质中存在着远小于波长的微粒而导出了散射现象的规律，可以很好地解释天空的蓝色和落日的红色。这种散射光的频率与入射光相同，散射光的光强度与入射光的波长四次方成反比, 且各方向的散射光强是不一样的称为瑞利散射。
分散相可以是气相、液相或固相。
光学性质
• Tyndall（丁达尔）效应 • 光散射现象 • Rayleigh（瑞利）公式 • 乳光计原理 • 浊度 • 超显微镜
丁达尔效应
1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是 Tyndall效应。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。
保持粒子大小相同
I1 I2

c1 c2
如果已知一种溶液的散射光强度和粒子半径（或浓度），测定未知溶液的散射光强度，就可以知道其粒径（或浓度），这就是乳光计。
浊度（turbidity ）
超显微镜的特点
普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在200 nm以上的粒子，所以看不到胶体粒子。
超显微镜分辨率高，可以研究半径为 5~150 nm的粒子。但是，超显微镜观察的不是胶粒本身，而是观察胶粒发出的散射光。是目前研究憎液溶胶非常有用的手段之一。
（2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱
（3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。
光散射现象
左：胶体丁达尔效应

大气气溶胶7-大气气溶胶的光学特性

= 4；
主讲人：邱玉珺
单个粒子反射、折射和衍射路径
对 3; 虹（ = 3）或霓（= 4）。
主讲人：邱玉珺
介质球表面光线的衍射、反射和透射
L 在总散射光中所占的比重散射偏振状态 m =1.50 角 0.5 ~ 0 同入射光 0.081 80 ~ 120 偏振 0.364 ~ 0 同入射光 0.043 137~180 0.003 0.004 m = 1.33 0 0.5 1 0.033 2 0.442 3 0.020 4 0.003 >5 0.002
-7
冰 ni nr

(μm) 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 7.0 1.302 1.302 1.298 8.0 9.0 10.0 nI 1.3810 8.5510 1.1510 1.110
-4 -5 -4
水 nr 1.321 1.317 1.312 1.306 1.296 1.279 1.242 1.142 1.371 1.400 1.351 1.332 1.325 1.265 1.317 1.291 1.262 1.218 ni 2.0410 3.810
a
ln ln a ln
[log( / ) / log(1 / 2 )]
1 2
后向散射比
主讲人：邱玉珺
三、气溶胶层散射和吸收模式
r；
ω；
τ；
β。
主讲人：邱玉珺
主讲人：邱玉珺
F (r t Rs t R r )F0
主讲人：邱玉珺
后向散射与向上散射区别
主讲人：邱玉珺
向上散射与太阳天顶角的关系，λ = 550 nm, m = 1.4 — 0i

apm-18气溶胶光度计参数

apm-18气溶胶光度计参数
APM-18气溶胶光度计是一种精确测量大气中气溶胶光学特性
的设备，其主要参数包括以下内容：
1. 测量范围：APM-18能够测量直径在0.3微米到10微米之间
的气溶胶颗粒，可提供对大气污染状况的准确评估。

2. 分辨率：该光度计的粒径分辨率为0.1微米，能够精确地识
别和分析不同粒径的气溶胶颗粒，从而提供更准确的数据。

3. 灵敏度：APM-18具有极高的灵敏度，可在较低的光学密度
下检测到微小的气溶胶颗粒，可以在大气空气质量监测、环境监测和气候研究等领域进行广泛应用。

4. 光学特性：该光度计在不同波长的激光照射下，能够测量气溶胶的光学特性，如散射、吸收和反射特性，可提供有关大气污染来源和影响的详细信息。

5. 数据处理：APM-18具有数据存储和处理功能，能够实时记
录大气中的气溶胶浓度、粒径分布、光学密度等参数，并提供数据分析和展示功能，方便用户进行数据管理和应用。

总之，APM-18气溶胶光度计是一种高精度、高灵敏度的仪器，具有广泛的应用前景，在大气环境监测、气候研究、环境保护和生态学等领域都具有重要的作用。

angstrom指数

Angstrom指数是描述气溶胶粒子的光学厚度与波长的关系的一个参数。

它与气溶胶粒子的尺度有关，粒子的尺度越大，Angstrom指数的值就越小。

在大气科学中，Angstrom指数被用于描述大气中气溶胶的物理和光学性质。

通过对该指数的分析，科学家可以了解气溶胶的来源、传输路径、化学组成以及散射和吸收太阳辐射的能力。

这对于气候变化研究、空气质量评估和天气预报等应用领域非常重要。

Angstrom指数与太阳辐射在不同波长下的比例关系密切相关。

在太阳辐射的波长范围内，能量主要集中在可见光和近红外区域。

通过测量太阳直射辐射、散射辐射和反射辐射的总和，可以获得气溶胶光学厚度的信息，进而计算出Angstrom指数。

此外，Angstrom指数还与大气浑浊度有关。

大气浑浊度是指大气中气溶胶粒子和其他污染物的浓度，它会影响太阳辐射的传输和散射。

Angstrom指数可以帮助科学家了解大气浑浊度的变化情况，进一步研究其对气候和环境的影响。

综上所述，Angstrom指数是一个重要的参数，用于描述气溶胶粒子的光学性质和大气浑浊度。

通过测量和分析Angstrom指数，科学家可以更好地了解大气中气溶胶的特性和影响，为气候变化研究、空气质量评估和环境保护提供有价值的信息。

气溶胶的光学特性参数

北京雾霾天气期间气溶胶光学特性

大气气溶胶的光学特性研究

大气中气溶胶的光学性质与源解析

气溶胶的光学特性参数

大气气溶胶物理光学特性研究进展

大气环境中气溶胶的光学特性与气候效应

气溶胶物理学中的重要参数研究

大气环境中气溶胶的光学特性与粒径参数

气溶胶消光系数,后向散射系数

大气环境中气溶胶的光学特性与湿度效应

大气气溶胶的光学特性参数测量与解析方法研究

气溶胶光学厚度

气溶胶光学深度

550nm气溶胶光学厚度

气溶胶的种种性质从成分上来说 气溶胶的种种性质是什么

溶胶的光学性质

大气气溶胶7-大气气溶胶的光学特性

apm-18气溶胶光度计参数

angstrom指数

气溶胶的种种性质从成分上来说气溶胶的种种性质是什么