高浓度气溶胶条件下的散射传输

高浓度气溶胶条件下的散射传输

1高浓度气溶胶粒径作为地球大气的重要组成部分，气铬凝胶是重力场中具有一定稳定性的颗粒混合系统，沉降速度小，是重量。同时，它也指的是悬挂在空气中的直径为10。随着高浓度细粒子(D<2.5μm)气溶胶污染天气现象日益增多,在这方面的研究也越来越受到重视,本文主要分析了灰霾、沙尘等高浓度气溶胶粒子的物理光学特性、粒子吸湿变化规律,多角度偏振反射特性以及地气间多次散射问题的研究现状,以及高浓度气溶胶背景下耦合地表模型的矢量辐射传输建模的研究重点。2气溶胶光学厚度的基本概念,主要考虑辐射特性与其他光谱特性气溶胶颗粒物在大气中的传输、转化、去除、以及对太阳辐射影响,甚至能否成为云的凝结核,在很大程度上决定于它们的物理光化学特性。因此要定性和定量分析这些影响机制和程度,就必须详细地研究气溶胶粒子的各种物理光学特性。早期科学家在粒子的谱分布、光学厚度和复折射率等基础特性方面的研究较多,因为这些物理特性直接影响气溶胶粒子的散射系数、消光系数、单次散射反照率和相矩阵函数等其他辐射特性的计算分析。早在1982年王庚辰国内外近两年相关的研究也层出不穷,一些具有代表性研究成果有:2013年范学花等当前对气溶胶光学厚度的研究主要集中在:(1)采用窄波段太阳光度计,最常见的是全自动太阳分光光度计-CE-318;(2)采用卫星测量技术;(3)采用激光雷达在内的雷达技术;(4)利用地表辐射资料与当地探空气象资料。粒子谱分布可参考Tammet灰霾天气,指由于人类活动增加导致的城市域近地层大气的能见度恶劣到10km以下的大气混浊现象要深入研究灰霾天气,控制灰霾污染的进一步扩大,必须了解灰霾天气条件下的气溶胶粒子的物理光化学特性。通过对霾与非霾天气大气气溶胶物理特性对比研究目前对灰霾、沙尘等气溶胶粒子光散射的研究工作有不少成果,2013年Chew等3气溶胶粒径的变化大气颗粒物吸湿性是反映颗粒物理化性质的重要指标,是气溶胶主要性质之一,它是指气溶胶在周围环境相对湿度增加时的吸水能力,一般采用生长因子评价气溶胶吸湿能力,其定义为气溶胶吸湿前后粒径变化率相对湿度的日变化和季节性变化会影响气溶胶化学组分的风化、潮解,从而引起单个颗粒物的粒径、密度、质量和折射指数等微物理参数的变化,导致气溶胶粒子群宏观上的物理光化学性质发生变化。研究表明相对湿度会改变气溶胶粒子的物理光学特性,随着相对湿度的增加,粒子的不对称因子有所增大,质量消光效率会减小,而单次散射反照率变化不明显,因此考虑相对湿度的影响后平均辐射强度会有所减小气溶胶吸湿性研究很早就引起了科学界的关注,从开始的无机成分到有机成分再到后来的非均相反应,以及气溶胶吸湿增长因子对粒径与相对湿度(RH)的敏感程度4基于偏转偏振的气溶胶探测气溶胶是大气的重要组成部分,其散射辐射具有明显的偏振特征,其偏振信息与粒子的物理光学特性息息相关,而遥感是目前研究气溶胶特性的常见手段,但传统的遥感手段或只从单一角度进行研究或通过多角度光强散射特性获取气溶胶信息,都缺乏足够的精度,因此利用多角度偏振信息为气溶胶的探测提供了新的途径。近几年来针对单粒子散射的研究主要是运用Mie理论,从求解Mueller矩阵入手,研究偏振光分布原理和测量方法,计算分析大气体散射在可见光和红外波段处的偏振度特性,并且用Matlab仿真计算了单粒子的散射特性等目前对单粒子的研究相对较为成熟,然而,实际大气散射是多粒子系的体散射,大气湍流使粒子位置随机变化,因此对粒子群的偏振散射研究日渐展开,2012年1月郝增周等粒子群的多次散射效果导致散射光光强分布和偏振态的变化,传统的地基遥感或单一角度偏振辐射很难全面掌握实际大气偏振散射特性,为此针对气溶胶粒子群的多角度偏振反射特性的研究变得极其重要。5偏振控制方程被一次散射的光在它从散射体积中投射出去之前,可能被再一次或多次散射,这称为二次或多次散射大气辐射传输过程分为标量传输和矢量传输两种,矢量方法即偏振方法是近年来倍受关注的一种新兴的对地观测方法。目前有关多次散射和矢量辐射传输建模的主要研究成果有:2004年刘广员等因此要准确研究气溶胶粒子矢量辐射传输过程,必须考虑地气间多次散射问题,运用渐近法、离散纵坐标法、累加法-倍加法以及蒙特卡罗方法等方法进行计算仿真。6气溶胶偏振散射研究进展综上所述,目前国内外对大气气溶胶的相关研究主要是基于不同地点、不同时段和典型事件来研究的,研究内容主要集中在对气溶胶物理光化学特性、粒子吸湿和辐射传输等,研究的方法大部分是以Mie理论为基础,利用偏振遥感反演气溶胶偏振散射特性。尽管科学界对大气气溶胶的研究工作从未间断,然而灰霾、沙尘等高浓度气溶胶粒子具有复杂物理光学特性,在大气辐射传输过程中受外界因素影