高濃度氣溶膠條件下的散射傳輸

高濃度氣溶膠條件下的散射傳輸

1高濃度氣溶膠粒徑作為地球大氣的重要組成部分，氣鉻凝膠是重力場中具有一定穩(wěn)定性的顆?；旌舷到y(tǒng)，沉降速度小，是重量。同時，它也指的是懸掛在空氣中的直徑為10。隨著高濃度細粒子(D<2.5μm)氣溶膠污染天氣現(xiàn)象日益增多,在這方面的研究也越來越受到重視,本文主要分析了灰霾、沙塵等高濃度氣溶膠粒子的物理光學特性、粒子吸濕變化規(guī)律,多角度偏振反射特性以及地氣間多次散射問題的研究現(xiàn)狀,以及高濃度氣溶膠背景下耦合地表模型的矢量輻射傳輸建模的研究重點。2氣溶膠光學厚度的基本概念,主要考慮輻射特性與其他光譜特性氣溶膠顆粒物在大氣中的傳輸、轉(zhuǎn)化、去除、以及對太陽輻射影響,甚至能否成為云的凝結核,在很大程度上決定于它們的物理光化學特性。因此要定性和定量分析這些影響機制和程度,就必須詳細地研究氣溶膠粒子的各種物理光學特性。早期科學家在粒子的譜分布、光學厚度和復折射率等基礎特性方面的研究較多,因為這些物理特性直接影響氣溶膠粒子的散射系數(shù)、消光系數(shù)、單次散射反照率和相矩陣函數(shù)等其他輻射特性的計算分析。早在1982年王庚辰國內(nèi)外近兩年相關的研究也層出不窮,一些具有代表性研究成果有:2013年范學花等當前對氣溶膠光學厚度的研究主要集中在:(1)采用窄波段太陽光度計,最常見的是全自動太陽分光光度計-CE-318;(2)采用衛(wèi)星測量技術;(3)采用激光雷達在內(nèi)的雷達技術;(4)利用地表輻射資料與當?shù)靥娇諝庀筚Y料。粒子譜分布可參考Tammet灰霾天氣,指由于人類活動增加導致的城市域近地層大氣的能見度惡劣到10km以下的大氣混濁現(xiàn)象要深入研究灰霾天氣,控制灰霾污染的進一步擴大,必須了解灰霾天氣條件下的氣溶膠粒子的物理光化學特性。通過對霾與非霾天氣大氣氣溶膠物理特性對比研究目前對灰霾、沙塵等氣溶膠粒子光散射的研究工作有不少成果,2013年Chew等3氣溶膠粒徑的變化大氣顆粒物吸濕性是反映顆粒物理化性質(zhì)的重要指標,是氣溶膠主要性質(zhì)之一,它是指氣溶膠在周圍環(huán)境相對濕度增加時的吸水能力,一般采用生長因子評價氣溶膠吸濕能力,其定義為氣溶膠吸濕前后粒徑變化率相對濕度的日變化和季節(jié)性變化會影響氣溶膠化學組分的風化、潮解,從而引起單個顆粒物的粒徑、密度、質(zhì)量和折射指數(shù)等微物理參數(shù)的變化,導致氣溶膠粒子群宏觀上的物理光化學性質(zhì)發(fā)生變化。研究表明相對濕度會改變氣溶膠粒子的物理光學特性,隨著相對濕度的增加,粒子的不對稱因子有所增大,質(zhì)量消光效率會減小,而單次散射反照率變化不明顯,因此考慮相對濕度的影響后平均輻射強度會有所減小氣溶膠吸濕性研究很早就引起了科學界的關注,從開始的無機成分到有機成分再到后來的非均相反應,以及氣溶膠吸濕增長因子對粒徑與相對濕度(RH)的敏感程度4基于偏轉(zhuǎn)偏振的氣溶膠探測氣溶膠是大氣的重要組成部分,其散射輻射具有明顯的偏振特征,其偏振信息與粒子的物理光學特性息息相關,而遙感是目前研究氣溶膠特性的常見手段,但傳統(tǒng)的遙感手段或只從單一角度進行研究或通過多角度光強散射特性獲取氣溶膠信息,都缺乏足夠的精度,因此利用多角度偏振信息為氣溶膠的探測提供了新的途徑。近幾年來針對單粒子散射的研究主要是運用Mie理論,從求解Mueller矩陣入手,研究偏振光分布原理和測量方法,計算分析大氣體散射在可見光和紅外波段處的偏振度特性,并且用Matlab仿真計算了單粒子的散射特性等目前對單粒子的研究相對較為成熟,然而,實際大氣散射是多粒子系的體散射,大氣湍流使粒子位置隨機變化,因此對粒子群的偏振散射研究日漸展開,2012年1月郝增周等粒子群的多次散射效果導致散射光光強分布和偏振態(tài)的變化,傳統(tǒng)的地基遙感或單一角度偏振輻射很難全面掌握實際大氣偏振散射特性,為此針對氣溶膠粒子群的多角度偏振反射特性的研究變得極其重要。5偏振控制方程被一次散射的光在它從散射體積中投射出去之前,可能被再一次或多次散射,這稱為二次或多次散射大氣輻射傳輸過程分為標量傳輸和矢量傳輸兩種,矢量方法即偏振方法是近年來倍受關注的一種新興的對地觀測方法。目前有關多次散射和矢量輻射傳輸建模的主要研究成果有:2004年劉廣員等因此要準確研究氣溶膠粒子矢量輻射傳輸過程,必須考慮地氣間多次散射問題,運用漸近法、離散縱坐標法、累加法-倍加法以及蒙特卡羅方法等方法進行計算仿真。6氣溶膠偏振散射研究進展綜上所述,目前國內(nèi)外對大氣氣溶膠的相關研究主要是基于不同地點、不同時段和典型事件來研究的,研究內(nèi)容主要集中在對氣溶膠物理光化學特性、粒子吸濕和輻射傳輸?shù)?研究的方法大部分是以Mie理論為基礎,利用偏振遙感反演氣溶膠偏振散射特性。盡管科學界對大氣氣溶膠的研究工作從未間斷,然而灰霾、沙塵等高濃度氣溶膠粒子具有復雜物理光學特性,在大氣輻射傳輸過程中受外界因素影