能見度與大氣污染

1、LOGO 姓名：張琦姓名：張琦 學號：學號：2120140591 能見度能見度 近年來，隨著城市化進近年來，隨著城市化進 程的推進，灰霾天氣已程的推進，灰霾天氣已 成為一種常見環(huán)境災害成為一種常見環(huán)境災害 污染事件。污染事件。 灰霾天氣下常常伴隨著能見灰霾天氣下常常伴隨著能見 度惡化事件。能見度下降會度惡化事件。能見度下降會 導致導致視野模糊不清，使交通視野模糊不清，使交通 受阻，給人們的生活造成極受阻，給人們的生活造成極 大不便大不便。 主要介紹內容主要介紹內容 什么是大氣能見度什么是大氣能見度? 大氣能見度下降原因？大氣能見度下降原因？ 顆粒物的消光作用顆粒物的消光作用 顆粒物怎樣影響能見

2、度？顆粒物怎樣影響能見度？ 能見度來源解析研究進展能見度來源解析研究進展 什么是大氣什么是大氣能能見見度度？ 通常的能見度系指水平能見度，即指視通常的能見度系指水平能見度，即指視 力正常的人在當時天氣條件下，能夠從力正常的人在當時天氣條件下，能夠從 天空背景中看到和辨認出的目標物天空背景中看到和辨認出的目標物( 黑黑 色、大小適度色、大小適度) 最大水平距離，或夜間最大水平距離，或夜間 能看到和確定出的一定強度燈光的最大能看到和確定出的一定強度燈光的最大 水平距離。水平距離。 能見度能見度 能見度能見度 2. 造成造成能見度能見度下降的原因下降的原因？ 能見度是一種復雜復雜的大氣現象，與空氣質

3、量和氣 象條件密切相關，是大、中、小尺度天氣系統(tǒng)和包 括大氣化學反應的空氣污染過程共同作用的結果。 能見度能見度 在沒有氣溶膠顆粒物存在時，觀察者能見度最遠 可以達到300km（Jacob 1999）,它只受到氣體的 Rayleigh散射和吸收的而影響。而在大氣污染較為 嚴重的城市，其能見度可以降低一個數量級甚至更 多。 那么，那么，顆粒物顆粒物是怎樣影響是怎樣影響能見能見 度度的呢？的呢？ 3.顆粒物的消光作用顆粒物的消光作用 自20世紀 70-80 年代以來，中國已有不少學者 對大氣能見度進行了深入的研究。 有研究表明，大氣污染物尤其是大氣顆粒物對可 見光吸收和散射所產生的消光作用是能見度

4、降 低的主要因素,可貢獻城市大氣總消光系數的 80%90%1。 參考文獻： 1 陳義珍,趙 丹,柴發(fā)合,等.廣州市與北京市大氣 能見度與顆粒物質量濃度的關系 J. 中國環(huán)境科學, 2010,31(7):967-971. 顆粒物的消光作用顆粒物的消光作用 觀察者觀察者 目標物目標物 氣溶膠顆粒物氣溶膠顆粒物 a b c d 天空背景天空背景 太陽輻射太陽輻射 氣體分子氣體分子 吸收 散射 吸收 散射 吸收 散射 氣溶膠顆粒物導致能見度降低示意圖氣溶膠顆粒物導致能見度降低示意圖 消光消光 = 散射散射 + 吸收吸收 顆粒物的消光作用顆粒物的消光作用 顆粒物的數濃度 顆粒物的化學組分 元素碳的混合狀

5、態(tài) 顆粒物化學組分的粒徑分布 顆粒物的吸濕增長 4.顆粒物的消光作用受到哪些因素的影響？顆粒物的消光作用受到哪些因素的影響？ 低能見度下細低能見度下細 顆粒物的個數顆粒物的個數 明顯增多明顯增多 數濃度對消光數濃度對消光 的影響的影響 顆粒物的質量濃度與散射效率隨粒徑的變化顆粒物的質量濃度與散射效率隨粒徑的變化 William C. Malm, Introduction to visibility 質量濃度主要由粗粒子貢獻質量濃度主要由粗粒子貢獻 散射消光主要由細粒子貢獻散射消光主要由細粒子貢獻 Min Hu, et al. Environ. Sci. Technol. 2012, 46: 9

6、9419947 顆粒物組分的顆粒物組分的 粒徑分布粒徑分布 顆粒物成分與混合狀態(tài)對消顆粒物成分與混合狀態(tài)對消 光的影響光的影響 五種主要的消光成分五種主要的消光成分 氣溶膠混合狀態(tài)氣溶膠混合狀態(tài) 相對濕度對相對濕度對 消光的影響消光的影響 硫酸鹽的形成及吸濕增長硫酸鹽的形成及吸濕增長 William C. Malm, Introduction to visibility 與氣象條件（濕度）有關，與氣象條件（濕度）有關， 硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等吸硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等吸 濕長大到有效消光的粒徑；濕長大到有效消光的粒徑； 在相對濕度在相對濕度8080時，同樣質時，同樣質 量顆粒物的消光作用是干顆量

7、顆粒物的消光作用是干顆 粒物的粒物的1.51.5倍以上。倍以上。 顆粒物的消光作用顆粒物的消光作用 5.Mie散射理論及散射理論及Mie模型 Mie理論可基于顆粒物微物理和化學性質的觀測數據 ，利用 Mie模型可以計算顆粒物光學特征參數。 1908 年，Gustav Mie 建立了用于解釋懸浮于水中的 金質顆粒物對光散射和吸收后變化色彩的復雜現象 的理論，該理論名稱就是“Mie 理論”3。 采用 Mie 理論，可以得到顆粒物的消光、散射，以及 散射光強在各個散射角度分布的解析表達式。 參考文獻： 3 Bohren C F，Huffillan D RAbsorption & Scattering

8、 of Light by Small ParticlesNew York： John WileySons Inc，1983 Mie理論假設顆粒物滿足單散射條件，即： 1.顆粒物總數足夠少； 2.顆粒物間的間距足夠大； 3.在任何顆粒物的周圍，所有顆粒物的總散射場 與外場相比很?。?這樣，就可以通過簡單加和單個獨立顆粒物的散 射場來計算全部顆粒物的總散射場。總體說來，一 般大氣氣溶膠體系是被認為滿足以上假設條件的。 顆粒物的消光作用顆粒物的消光作用 對于已知數濃度粒徑分布的顆粒物群，其消光，散 射可以通過對所有單顆粒物的相應積分得到。而吸收 系數則是其消光系數和散射系數之差。相應公式如下： 消光

9、效率消光效率斯托克斯直徑斯托克斯直徑折射指數折射指數數濃度數濃度 消光系數消光系數 顆粒物的消光作用顆粒物的消光作用 粒徑的吸濕粒徑的吸濕 增長系數增長系數 化學組成與化學組成與 混合狀態(tài)混合狀態(tài) 相對濕度相對濕度粒徑譜分粒徑譜分 布布 如果考慮相對濕度的影響，上述公式中會加入吸濕增如果考慮相對濕度的影響，上述公式中會加入吸濕增 長因子。長因子。 通常情況下，當相對濕度大于通常情況下，當相對濕度大于60%時，濕度時，濕度 會成為會成為 影響消光系數的主導因素影響消光系數的主導因素 入射波長入射波長 顆粒物的復折射指數顆粒物的復折射指數 顆粒物的粒徑段范圍顆粒物的粒徑段范圍 顆粒物的顆粒物的數濃度譜分布函數數濃度譜分布函數 顆粒物的消光系數顆粒物的消光系數 顆粒物的散射系數顆粒物的散射系數 Mie模型輸入參數模型輸入參數 Mie模型輸出參數模型輸出參數 利用Mie理論模型計算灰霾天氣下細顆粒物的消光。 顆粒物的消光作用顆粒物的消光作用 能見度下降的來源解析能見度下降的來源解析 CMB模型- Mie理論的