气溶胶粒子散射和吸收特性对复折射率依赖性的数值研究

利用米散射理论数值计算分析了尺度参数为0.1~100时球形典型气溶胶粒子的散射和吸收特性对复折射率的依赖性关系。气溶胶粒子复折射率的实部和虚部是一个有机的整体,粒子复折射率的实部和虚部可以分别影响其散射和吸收特性。若实际大气气溶胶粒子大多是成核模态和积聚模态的小粒子,基于气溶胶的散射和吸收特性可以获得其复折射率的唯一解。但是,如果大气中存在大量的粗模态粒子时,气溶胶散射和吸收特性对其复折射率的依赖性较为复杂,只有选择有限的合适复折射率库区间,才有可能获得更合适的有效复折射率。     

影响异戊二烯大气光解形成二次有机气溶胶的环境因素研究

通过自制的烟雾腔系统研究羟基启动的异戊二烯光解形成二次有机气溶胶(SOA)过程中环境因素的影响.使用气溶胶粒径光谱仪测量了SOA的粒径分布,通过光解实验研究了光照时间、反应物浓度以及CH3ONO浓度对异戊二烯光解形成SOA的影响.结果表明,异戊二烯光解形成的SOA空气动力学直径在0.4 mm～1.4 mm之间,这些粒子的直径小于2.5μm的微细粒子很容易沉积在人体肺泡内,对人体健康产生很大危害;不管是SOA粒子的粒子数浓度还是质量数浓度都随着反应时间的增长、光照强度的增强和反应物浓度的增加而增加.该研究为大气颗粒物排放源的外场测量提供了非常有用的信息.     

不同粒径大气气溶胶含量及其透过率研究

运用FA-3型Anderson撞击式气溶胶粒度分布采样器采集南京北郊生活区大气中的可吸入颗粒物,用称重法测量大气中不同粒径可吸入颗粒物的质量浓度,同时用光学系统测量不同粒径上可吸入颗粒物的透过率,分析不同粒径大气气溶胶的透过率变化关系。结果表明：小于2．1μm颗粒物所占比例达59．88％,表明大气中细粒子污染严重;可吸入颗粒物粒径越小,其透过率也越小;细颗粒物质量浓度与其透过率呈很高的负相关;粗颗粒物对可见光波长的选择性弱。     

傅里叶变换红外光谱对水溶性气溶胶复折射率的测量分析方法研究

当前大气气溶胶的成分比较复杂,其水溶性离子成分影响着大气质量,并且对人类健康不利。因此,对水溶性离子成分进行快速可靠的检测是环境科学领域中的一项重要研究工作。以SO24-为例,研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,对水溶性气溶胶离子的消光系数进行测量,并通过理论分析计算得到其复折射率N的过程。通过测量大气气溶胶水溶性SO24-离子的质量消光截面k和消光系数α,再根据消光系数α来计算复折射率N的虚部ni,使用KK(Kramers-Kronig)关系,来计算复折射率N的实部nr,并对实验结果进行了分析和讨论。     

傅里叶变换红外光谱对枯草芽孢杆菌的光学特性研究

使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,测量了两种不同浓度的枯草芽孢杆菌的红外透过率谱,根据朗伯-比尔定律计算出它们的质量消光截面,通过算出复折射率的虚部,再使用KK(Kramers-Kronig)关系,导出复折射率的实部,并对实验结果作了分析和讨论。通过研究枯草芽孢杆菌复折射率的测量和分析方法,对于进一步研究生物气溶胶的吸收和散射特性、拓宽生物气溶胶的测量和遥测技术方法,具有重要的意义。     

随机取向椭球粒子的吸收特性

用Ｔ矩阵方法计算了折射率虚部的范围在０．００１至０．１的几种椭球粒子随机取向时在几种等效尺度参数下的光散射与吸收特性，并与等效的球形粒子的光散射结果进行了比较。分析结果表明：椭球粒子的吸收特性与等效的球形粒子的吸收特性存在着差别，这种差别随粒子的形状、尺度和折射率而改变，考虑到目前气溶胶粒子复折射率虚部的测量精度，以等效的球体粒子处理非球形粒子的吸收不会带来显著的误差。     

光散射和消光能量对气溶胶折射系数的敏感性分析

利用米氏理论，对满足不同Ｊｕｎｇｅ谱型气溶胶的后向散射、消光以及两者之比对其折射系数实部和虚部的敏感性进行了数值计算，得出了有益的结论。     

光散射和消光参量对气溶胶折射系数的敏感性分析

利用米氏理论，对满足不同Ｊｕｎｇｅ谱型气溶胶的后向散射、消光以及两者之比对其折射系数实部和虚部的敏感性进行了数值计算，得出了有益的结论．     

一种内混合气溶胶粒子模型光散射的等效性

以包含灰尘、黑碳和水三种成分的单分散内混合初次气溶胶为例,利用消光、吸收、散射效率因子和不对称因子,探讨了以等效折射率描述具有不同成分的内混合气溶胶粒子系统的适用性。结果表明,在尺度参数为0.1～25时不同半径比下,消光、吸收和散射效率因子的等效性较好,相对误差分别在3%、3%和4%以内;不对称因子的等效性相对稍差,相对误差在13%以内。当半径比a/b小于1/5,即内混合体中所含灰尘和黑碳较少时,等效折射率实部和虚部值基本可以确定,而不必考虑尺度参数的影响。用除散射相函数之外的其他光学量来等效时,较为容易找到等效的气溶胶粒子。     

有机种子对异戊二烯光氧化反应形成二次有机气溶胶的粒谱演化和形成速率的影响

基于室内烟雾箱实验平台,研究了在有机种子气溶胶下,来自OH启动异戊二烯光氧化反应形成的二次有机气溶胶的动力学. 探究了二次有机气溶胶的粒谱分布分别与来自室内大气中痕量碳氢化合物光氧化反应产生的种子颗粒物浓度以及前体物异戊二烯浓度的依赖关系. 研究结果表明在高浓度种子气溶胶和低浓度异戊二烯条件下(对应于典型城市大气条件),光化学反应形成的二次有机产物凝聚到种子颗粒物表面而造成的颗粒物增长起主导作用;而在低浓度种子气溶胶和相对高浓度异戊二烯条件下(对应于典型偏远地区大气条件),二次有机气溶胶粒谱分布出现双模式结构,分别对应于来自均相成核的新粒子生成和二次有机产物在种子颗粒物上的凝聚增长. 此外,还研究了有机种子颗粒物浓度对二次有机气溶胶形成的影响,评估了在不同种子浓度下二次有机气溶胶粒谱分布的演化和相应新粒子的形成速率.     

大气气溶胶中NO3ˉ的光学特性研究

利用傅里叶变换红外光谱技术分析比较了大气气溶胶和NH4NO3的红外光谱,结果显示大气气溶胶和NH4NO3中的NO3-的红外光谱特征基本保持一致。通过NH4NO3中NO3-的透过率的大小计算出了NO3-的吸收系数α和质量吸收截面κ,利用所得吸收系数进一步求出了其复折射率的虚部,经过K-K(Kramers-Kroning)关系的转换,求得其复折射率的实部,实验结果对分析大气气溶胶中各化学组分的散射和吸收效应有着极其重要的意义。     

影响异戊二烯大气光解形成二次有机气溶胶的环境因素研究（英文）

通过自制的烟雾腔系统研究羟基启动的异戊二烯光解形成二次有机气溶胶(SOA)过程中环境因素的影响.使用气溶胶粒径光谱仪测量了SOA的粒径分布,通过光解实验研究了光照时间、反应物浓度以及CH3ONO浓度对异戊二烯光解形成SOA的影响.结果表明,异戊二烯光解形成的SOA空气动力学直径在0.4mm~1.4mm之间,这些粒子的直径小于2.5μm的微细粒子很容易沉积在人体肺泡内,对人体健康产生很大危害;不管是SOA粒子的粒子数浓度还是质量数浓度都随着反应时间的增长、光照强度的增强和反应物浓度的增加而增加.该研究为大气颗粒物排放源的外场测量提供了非常有用的信息.     

大气颗粒物近前向光散射特性研究EI北大核心CSCD

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用,建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置,通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算,得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系,结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量,借助米散射理论计算,可以获得较为准确的响应度数值,并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标,测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度,需要约2.5倍的修正。     

PM2.5质量浓度廓线的激光雷达反演研究

针对PM2.5质量浓度在空间不同高度上的分布测量较难这一问题,采用激光雷达和大气透射仪以及粒径谱仪进行联合探测,反演PM2.5质量浓度廓线.考虑相对湿度等因素的影响,通过大气透射仪和粒径谱仪建立地面PM2.5质量浓度与大气透过率之间的函数关系.以大气透射仪所测地面大气透过率值为基准,修正激光雷达大气透过率在高空的边界值,结合Fernald后向积分法反演出大气透过率的垂直分布.依据建立的函数关系和大气透过率垂直分布,得到PM2.5质量浓度廓线,并采用HYSPLIT后向轨迹分析不同高度层气溶胶的输送和动态变化.通过激光雷达、大气透射仪和粒径谱仪的联合探测实验,结果表明:经大气透射仪修正后,大气透过率垂直分布精度得到了提高,PM2.5质量浓度廓线很好的反映了气溶胶垂直分布的微物理变化特征.     

大气颗粒物近前向光散射特性研究

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用,建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置,通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算,得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系,结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量,借助米散射理论计算,可以获得较为准确的响应度数值,并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标,测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度,需要约2.5倍的修正。     

气溶胶消光系数与质量浓度的相关性研究

为了利用激光雷达探测的消光系数垂直分布来反演气溶胶质量浓度的垂直分布,研究气溶胶消光系数与质量浓度之间的关系就显得十分重要.根据Mie散射理论,分析了气溶胶的质量消光系数、消光系数和质量浓度之间的关系,引进了等效参数,分析了Junge指数对等效参数的影响.用实际测量的粒子谱分布、能见度、相对湿度和气溶胶质量浓度验证了气溶胶消光系数和质晕浓度之间的关系.这对利用激光雷达测量的气溶胶消光系数垂直分布来反演气溶胶质量浓度的垂直分布是很有实用价值和指导意义的.     

基于光声光谱气溶胶吸收测量的标定方法研究

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标定方法密切相关,为了探究不同标定方案的差异,选择NO₂气体(532 nm)和单分散苯胺黑气溶胶(532、 1 064 nm)分别开展气溶胶吸收系数标定实验。其中,单分散苯胺黑气溶胶的标定方法主要基于Mie理论,结合苯胺黑气溶胶粒子数浓度、苯胺黑气溶胶粒子的复折射率、苯胺黑粒子粒径分别计算532和1 064 nm单分散苯胺黑气溶胶吸收系数。实验结果表明：NO₂气体获取的标定系数介于苯胺黑气溶胶在532和1 064 nm波长处获取的标定系数之间,与532 nm波长处粒径225 nm的苯胺黑单分散气溶胶、 1 064 nm波长处粒径125 nm的单分散苯胺黑气溶胶标定系数相近,在其他粒径处存在一定差异。尽管NO₂气体与苯胺黑气溶胶在特定波长处具有相似的连续吸收特征,对于同一标定系统,标定气体和气溶胶性质、状态不...     

气溶胶对天空光偏振分布的影响

研究了气溶胶对大气偏振分布的影响。基于蒙特卡罗法的矢量辐射传输模式,对不同气溶胶条件下的偏振分布模式进行了仿真。利用图像式测试系统,对实际大气条件的偏振模式进行了测试,分析了气溶胶质量浓度变化对偏振模式的影响。结果表明,偏振度受气溶胶质量浓度的影响较大,随着气溶胶质量浓度的升高,偏振度不断变小。当PM10的质量浓度由27μg/m~3增加到53μg/m~3再增加到103μg/m~3,PM2.5的质量浓度由9μg/m~3增加到28μg/m~3再增加到66μg/m~3时,最大偏振度值平均减小了约25%。气溶胶对偏振方位角几乎没有影响,偏振方位角的分布稳定。     

多波段激光雷达颗粒物质量浓度探测方法

为了获得大气颗粒物的质量浓度廓线,提出一种基于多波段激光雷达回波信号的大气气溶胶消光系数与颗粒物质量消光效率相结合的新型算法。该方法利用覆盖紫外到近红外波段的激光雷达作为遥感探测工具,获取气溶胶的消光与后向散射系数,反演得到气溶胶粒子谱分布;同时,根据米散射理论算出气溶胶消光效率,结合粒子谱分布,提出颗粒物质量消光效率模型,从而建立基于消光系数与质量消光效率相结合的反演颗粒物质量浓度的新型数学模型与算法。采用该算法对两组不同天气条件多波段激光雷达实测数据进行反演,并与地表采用的颗粒物浓度对比,证明该方法的可行性,为实现颗粒物质量浓度空间分布的探测提供科学依据和方法论。     

浮游植物的吸收和散射特性:理论模型

利用Mie理论模型对不同粒径分布和复折射率的浮游植物吸收和散射特性进行了模拟计算。在550nm波长处,直径<10μm的颗粒对总的散射系数贡献最大,单位体积浓度的散射系数随着折射率实部n的增大呈有规律的地增加。对给定的n值来说,随着微分粒径分布参数j值的增大而增加,折射率实部n对单位色素浓度的吸收系数ap*(λ)的影响很小,对bp*(λ)影响相对较大。折射率虚部n′对单位色素浓度的吸收系数ap*(λ)的影响很大,对bp*(λ)的影响相对较小。微分粒径分布参数j对ap*(λ)和bp*(λ)的影响都很大,ap*(λ)随j值的减小而减小的主要原因是因为大颗粒“打包效应”引起的吸收减弱,而bp*(λ)随j值的增大而增大的主要原因是因为小粒径颗粒对散射的贡献。