黑碳团簇气溶胶混合生长的红外吸收特性及长波辐射效应

黑碳气溶胶是当前气溶胶辐射强迫评估中最不确定的因子.本文通过构建黑碳的微物理模型,分别模拟了新鲜状态的黑碳气溶胶和混合生长(老化)后被硫酸盐包裹的黑碳气溶胶,利用叠加T矩阵方法计算获得了具有团簇形态和多成分混合的黑碳气溶胶红外吸收特性,通过大气辐射传输模型模拟了黑碳气溶胶的长波辐射强迫,分析了典型理化参数的敏感性.发现黑碳混合生长可以显著增强其大气层顶的长波辐射强迫,最高可达3倍.而且,包裹黑碳的硫酸盐半径越大,将明显增强大气层顶的黑碳长波辐射强迫.这些发现将有助于降低黑碳气溶胶气候效应评估的不确定性.     

大气模式与气溶胶模型对辐射传输计算的影响

大气模式与气溶胶模型选择是影响定量遥感应用的辐射传输计算的重要因素。人们一般凭感性认识去进行选择,有一定随意性,对其带来的影响程度关注甚少。以太阳辐射计测量为依据,对大气模式与气溶胶模型选择方法作了研究,并利用经辐射定标过的光谱辐射计地面测量对辐射传输计算精度进行了验证。在昆明进行的试验表明,在0.50~0.68μm范围内,选择中纬度冬季大气模式和大陆型气溶胶,经辐射传输计算后得到的光谱辐射亮度与光谱辐射计测量结果一致性很好,差别在3.3%以内;变换大气模式对辐射传输计算产生明显影响,差别达10%左右;选择不同的气溶胶模型对辐射传输计算影响也很大,差别达11%左右。基于辐射计测量的大气模式与气溶胶模型选择避免了主观选择的不可靠性,有益于减少辐射传输计算或卫星遥感大气订正的误差。     

复合气溶胶粒子光学特性的数值计算

大气气溶胶是地—气系统中的重要组成部分.气溶胶的光学参量是评估大气环境、研究气溶胶辐射气候效应的重要影响因子,也是研究大气激光传输特性的重要参量.根据物质的电结构,将复合气溶胶粒子离散为一系列偶极子,结合离散偶极子近似方法,在获得每一个偶极子的电偶极矩之后,数值计算了球形、椭球形以及层状复合气溶胶粒子的消光截面、吸收截面和不对称因子等光学参量随波长变化的数值结果,并对比分析了椭球形状单一和复合气溶胶粒子光学参量的值.结果显示,入射光波长、气溶胶粒子的形状以及气溶胶粒子的成分都将影响气溶胶粒子的光学特性.研究结果可为大气光学、气溶胶气候辐射强迫效应、大气激光传输等与气溶胶粒子相关领域提供一种有效的研究方法和基础.     

复合气溶胶粒子光学特性的数值计算

大气气溶胶是地—气系统中的重要组成部分．气溶胶的光学参量是评估大气环境、研究气溶胶辐射气候效应的重要影响因子,也是研究大气激光传输特性的重要参量．根据物质的电结构,将复合气溶胶粒子离散为一系列偶极子,结合离散偶极子近似方法,在获得每一个偶极子的电偶极矩之后,数值计算了球形、椭球形以及层状复合气溶胶粒子的消光截面、吸收截面和不对称因子等光学参量随波长变化的数值结果,并对比分析了椭球形状单一和复合气溶胶粒子光学参量的值．结果显示,入射光波长、气溶胶粒子的形状以及气溶胶粒子的成分都将影响气溶胶粒子的光学特性．研究结果可为大气光学、气溶胶气候辐射强迫效应、大气激光传输等与气溶胶粒子相关领域提供一种有效的研究方法和基础．     

斜程能见度计算中的天空背景辐射亮度仿真与分析

从斜程能见度探测原理出发,利用SBDART(Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer)模式求解辐射传输方程,对天空背景辐射进行了详细的理论仿真与分析。利用SBDART模式自带的气溶胶模型,仿真得到了不同类型气溶胶模型在晴天条件下的天空背景辐射结果,探讨了太阳直接辐射和大气散射辐射以及不同高度上大气散射辐射的分布趋势,分析了气溶胶单次散射反照率和不对称因子对结果的影响。提出了激光雷达结合SBDART模式的实际天空背景辐射的计算方法,以实测扫描激光雷达的气溶胶探测数据作为SBDART模式的输入参数,计算获得了实际大气中太阳直接辐射以及不同高度处天空背景辐射的分布结果。为了验证结果的正确性,利用太阳光度计同步测量的太阳直接辐射,进行了对比验证,两者具有较好的一致性,相关系数达到0.99。以黑体为目标,初步探讨了天空背景辐射对斜程能见度的影响,结合激光雷达和SBDART模式所得到的实际天空背景辐射可为斜程能见度精确反演提供保证。     

地基消光测量确定大气气溶胶模型

 分别取大陆型、海洋型、城市型和Junge谱分布气溶胶模型,用6S辐射传输算法计算出对应于太阳光度计测量时的各波段大气气溶胶光学厚度。将模式计算值与测量值进行比较,确定测量地区的大气气溶胶模型。将该方法用于2004年在北京地区测量的太阳光度计数据,结果显示该地区当日实际大气在几种气溶胶模型中较为符合城市型气溶胶模型。     

应用被动傅里叶变换红外光谱技术探测生物气溶胶研究

从红外遥感辐射传输理论出发,利用二流近似方法,建立了包含散射影响的生物气溶胶被动红外探测模型;从理论上阐明了气溶胶对四周辐射的散射对生物气溶胶被动红外探测的影响。以某微生物孢子气溶胶为对象开展探测原理试验,研究了生物气溶胶红外光谱特性。给出了生物气溶胶室内吸收池试验结果,用辐射传输模型解释了试验现象。通过试验验证了探测模型的合理性、有效性;结合探测模型和室内试验结果,也可为外场试验的开展提供参考。     

利用DDA方法计算大气气溶胶粒子光学特性

大气气溶胶是大气的重要组成部分,其光学特性是研究大气辐射传输特性的重要参量。本文基于DDA方法,对不同形状气溶胶粒子的光学特性进行计算,得到气溶胶粒子的消光因子、吸收因子随波长变化的数值结果。结合Muller散射矩阵,给出了气溶胶粒子散射强度和极化度的角分布,为研究大气辐射传输提供了有效的方法。     

深度学习与辐射传输模型协同的气溶胶反演

传统气溶胶反演方法通常先基于模型假设确定地表反射率,但反演结果会受到假设的影响;而深度学习方法基于数据驱动,能在气溶胶定量反演中得到更加准确、高效的结果,但模型训练需要充足的优质样本数据支持。为此,使用大气辐射传输模型构建模拟样本,支持深度学习方法实现气溶胶定量反演,旨在解决当前训练数据代表性不足、数据获取困难的问题。利用辐射传输模型模拟不同参数条件下传感器获得的辐射信息,考虑概率组合及筛选标准限制进行模拟数据构建,并使用深度置信网络（DBN）对模拟样本进行训练,获得气溶胶反演模型。将模型应用于Landsat-8数据,在中国北京地区开展气溶胶反演实验。最后使用AERONET地面站点的实测数据对反演结果进行精度验证。验证结果表明,模型估算的气溶胶与站点测量值吻合良好,相关系数为0.8989,均方根误差为0.1029,约74.05%的估算值在误差标准内。本文提供了一种基于辐射传输方程构建样本数据集的思路,可减少样本质量与数量导致的局限性,实现深度学习方法对气溶胶光学厚度的高精度反演。     

非球形生物气溶胶对偏振光的多次散射特性研究

基于回转椭球模型和有限长圆柱模型,采用T矩阵方法研究了非球形生物气溶胶的单次散射特性,计算了鼠疫耶尔森氏杆菌、土拉热杆菌二种生物气溶胶对氦氖激光的单次相矩阵、单次散射反照率以及不对称因子。根据矢量辐射传输理论,研究了激光在生物气溶胶中传输的偏振散射特性,基于累加-倍加法(adding-doubling method)求解矢量辐射传输方程,并计算了非球形生物气溶胶对激光多次散射的斯托克斯参量。计算结果表明,生物气溶胶的尺寸和形状对光的极化更为敏感,因此在利用激光进行生物气溶胶微观特性探测和反演时,利用激光的偏振散射特性为非常有效的方法。