大气气溶胶折射率虚部的宽谱反演方法 I. 理论

提出了从宽谱太阳漫射辐射信息反演大气气溶胶折射率虚部的新方法。通过敏感性分析发现:宽谱太阳漫射辐射对大气气溶胶折射率虚部的变化非常敏感,而对粒子谱分布、气溶胶折射率实部、地表反射率、大气中水汽和臭氧含量的变化不很敏感或弱敏感,因此可以从中较好地提取大气气溶胶折射率虚部。数值试验表明该方法具有较高的精度。     

大气气溶胶折射率虚部的宽谱反演方法I.理论

提出了从宽谱太阳漫射辐射信息反演大气气溶胶折射率虚部的新方法。通过敏感性分析发现：宽谱太阳漫射辐射对大气气溶胶折射率虚部的变化非常敏感,而对粒子谱分布、气溶胶折射率实部、地表反射率、大气中水汽和臭氧含量的变化不很敏感或弱敏感,因此可以从中较好地提取大气气溶胶折射率虚部。数值试验表明该方法具有较高的精度。     

大气气溶胶虚折射指数及其与元素的相关性

在西安、南京采集111个气溶胶样品，测定了虚折射率ni和分析了粒子中Si、Al、Ca、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ti、S、P、Pb和Zn的含量。统计分析表明，ni与S和Pb的相关系数r最高，分别为0.36和0.30，统计检验也表明，这一相关性是显著的。其它11种元素与ni的相关性较差，且并不显著。西安气溶胶S含量明显高于南京，它与ni之间的相关系数高出南京近一倍。这些结果表明，除碳C之外，气溶胶中的S和Pb及其化合物对辐射的吸收不能忽视。     

大气气溶胶折射率虚部的宽谱反演方法 II.对比实验与应用研究

通过对比观测实验,分析了宽谱方法与总辐射-直射比方法对大气气溶胶折射率虚部的反演结果。对比结果表明:两种方法对虚部的反演结果分别为0.012±0.003和0.011±0.004。另外,本文直接利用气象台站的辐射观测资料计算了北京1992年的大气气溶胶折射率虚部,并分析了北京地区气溶胶的局地辐射气候效应,发现北京气溶胶的辐射气候效应在冬季是倾向于加热的,而其他季节则倾向于冷却。     

大气气溶胶折射率虚部的宽谱反演方法Ⅱ.对比实验与应用研究

通过对比观测实验,分析了宽谱方法与总辐射-直射比方法对大气气溶胶折射率虚部的反演结果.对比结果表明:两种方法对虚部的反演结果分别为0.012±0.003和0.011±0.004.另外,本文直接利用气象台站的辐射观测资料计算了北京1992年的大气气溶胶折射率虚部,并分析了北京地区气溶胶的局地辐射气候效应,发现北京气溶胶的辐射气候效应在冬季是倾向于加热的,而其他季节则倾向于冷却.     

大气气溶胶折射率虚部的宽谱反演方法 II.对比实验与应用研究

通过对比观测实验 ,分析了宽谱方法与总辐射 -直射比方法对大气气溶胶折射率虚部的反演结果。对比结果表明 :两种方法对虚部的反演结果分别为 0 0 1 2± 0 0 0 3和 0 0 1 1± 0 0 0 4。另外 ,本文直接利用气象台站的辐射观测资料计算了北京 1 992年的大气气溶胶折射率虚部 ,并分析了北京地区气溶胶的局地辐射气候效应 ,发现北京气溶胶的辐射气候效应在冬季是倾向于加热的 ,而其他季节则倾向于冷却。     

中国有机碳气溶胶时空分布与辐射强迫的模拟研究

利用区域气候模式RegCM3模拟研究2000年我国有机碳气溶胶的时空分布特征和辐射效应,得出以下结论:有机碳气溶胶主要分布在我国黄河以南、青藏高原以东的广大区域,且柱含量由南向北递减;柱含量最大值可达3 mg/m2以上,出现在华南、中南、云贵、四川和西藏东南部。另外,柱含量分布有着明显的季节性,冬季最大,春季次之,夏季最小。在此基础上,本文还对有机碳气溶胶的柱含量时空分布变化的原因进行了分析。有机碳气溶胶在大气顶和地表均产生负的辐射强迫,其分布特征与柱含量分布特征基本一致,而且大气顶和地表的辐射强迫都具有明显的季节变化。模拟的大气顶辐射强迫在-0.1～-0.5 W/m2之间,与IPCC估计的有机碳气溶胶的辐射强迫数值-0.41 W/m2相当,说明区域气候模式RegCM3中有关有机碳气溶胶的参数化方案是比较合理的。     

光学遥感大气气溶胶特性

本文提出一种光学遥感大气气溶胶特性的新方法。由多波段望远光度计观测的太阳直接辐射和太阳所在地平纬圈天空亮度的相对分布值,同时反演出气溶胶散射相函数,整层大气的光学厚度随波长的变化,进而用“库”方法反演出气溶胶粒子的尺度谱和折射率的实部和虚部。对比平行观测的结果表明,光学遥感方法所得的结果是可信的。本文同时也讨论了北京地区大气气溶胶的光学参数在不同季节的变化。     

确定气溶胶吸收光学特性的参数化方法研究

本文利用兰州市和北京市的气溶胶资料和辐射资料，根据Robinson的气溶胶吸收后向散射比的参数化方法，由辐射观测资料和清洁大气辐射模式确定已知谱分布下的k值。同时与用东亚大气监测网中元素碳含量值计算得到的k值相比较，两者比较符合。k值的日变化为一天中早上日出后最大，午后最小，傍晚时k值又有所增加。     

武汉市科教区冬春季气溶胶的元素组成特征及来源分析

 2006-2007年冬春季在武汉市湖北大学校区连续采集气溶胶样品,测定气溶胶元素组成,分析气溶胶样品总悬浮颗粒物（TSP）质量浓度,再结合污染源的特征元素组成来确定污染物的来源构成。结果表明：湖北大学校区大气气溶胶污染程度较轻,气溶胶元素以地壳元素为主,其次是具有代表性的人为污染物元素,再次是盐类元素。通过因子载荷分析和相关性分析显示,湖北大学周边地区的建筑源、交通源和餐饮源是湖北大学校区大气的主要污染源。     

南京地区气溶胶谱分布的湿度相关性分析和等效复折射率预测

通过实验收集大气颗粒物，对南京地区大气气溶胶谱分布进行了描述，对气溶胶分布与相对湿度的相关性进行了探讨。建立了南京地区7—11月气溶胶化学组分的月平均模型，得出气溶胶等效复折射率的预测方法。结果表明：南京地区的大气气溶胶颗粒物，峰值粒径在80~100 nm范围，属于典型的城市型气溶胶。数浓度与相对湿度的相关性与季节和粒径大小有关，在6—9月，相对湿度与细粒子数浓度呈负相关，与粗粒子呈正相关，在10—11月相反，且易受极端天气影响。建立的干气溶胶等效复折射率月平均模型，结合湿度修正模型得到某一日的复折射率，与AERONET站点数据进行了对比，结果较为一致，误差范围在0~0.03。     

大气气溶胶粒径分布特征与气象条件的相关性分析

通过温度、相对湿度和风速等气象因素与不同粒径大气气溶胶粒子数浓度和质量浓度的相关性,分析气象条件对大气气溶胶的影响和作用机制。结果表明：气象因素对0.2—0.6 μm的气溶胶影响最大。温度升高既有利于增强大气扩散作用也有利于二次气溶胶生成,因此温度与超细气溶胶(小于0.1μm)呈正相关性,而与粒径较大的气溶胶呈负相关。风速主要影响气溶胶的水平扩散,对超细气溶胶无显著影响,而与粗粒径气溶胶呈负相关。相对湿度会促进超细气溶胶的聚积,使之生成较大粒径气溶胶。因此相对湿度与超细气溶胶呈较强的负相关,而与较粗粒径气溶胶呈正相关。     

Chemical Composition of Summertime PM2.5 and Its Relationship to Aerosol Optical Properties in Guangzhou, China

Urban aerosols have a large effect on the deterioration of air quality and the degradation of atmospheric visibility.Characterization of the chemical composition of PM 2.5 and in situ measurements of the optical properties of aerosols were conducted in July 2008 at an urban site in Guangzhou,Southern China.The mean PM 2.5 concentration for the entire period was 53.7±23.2 μg m 3.The mean PM 2.5 concentration (82.7±25.4 μg m 3) on hazy days was roughly two times higher than that on clear days (38.8±8.7 μg m 3).The total water-soluble ion species and the total average carbon accounted for 47.9%±4.3% and 35.2%±4.5%,respectively,of the major components of PM 2.5.The increase of secondary and carbonaceous aerosols,in particular ammonium sulfate,played an important role in the formation of haze pollution.The mean absorption and scattering coefficients and the single scattering albedo over the whole period were 53±20 M m 1,226±111 M m 1,and 0.80±0.04,respectively.PM 2.5 had a high linear correlation with the aerosol extinction coefficient,elemental carbon (EC) was correlated with aerosol absorption,and organic carbon (OC) and SO 4 2 were tightly linked to aerosol scattering.     

不同污染条件下气溶胶对短波辐射通量影响的模拟研究

将高光谱分辨率的气溶胶光学参数化方案应用于高精度的辐射传输模式BCC_RAD（974带）中,研究不同污染状况下气溶胶在地表与近地层大气中造成的直接辐射强迫与辐射强迫效率。发现气溶胶在地表产生的直接辐射强迫为负,在近地层大气中产生的直接辐射强迫为正,且随气溶胶浓度的升高变大,说明大气气溶胶的含量越高,单位气溶胶光学厚度产生的直接辐射强迫越大。将短波划分为3个波段:紫外、可见光和近红外,发现在紫外、可见光和近红外波段中,不同污染状况下气溶胶在地表造成的直接辐射强迫范围分别为:-1.36—-13.66、-3.03—-32.41和-2.74—-28.62 W/m2,在近地层大气中产生的直接辐射强迫范围分别为0.44—4.26、0.99—9.80和0.93—8.87 W/m2。通过进一步对比自然和人为气溶胶的影响,发现人为气溶胶在地表和大气层顶产生的负直接辐射强迫以及对整层和近地面大气造成的正直接辐射强迫均大于自然气溶胶的影响,且上述两种排放源的气溶胶对整层大气辐射收支的影响主要集中在800 hPa高度以下的大气中。按照地表直接辐射强迫大小来分析不同种类气溶胶的影响,结果为硫酸盐>有机碳>黑碳>海盐>沙尘;按照近地层大气直接辐射强迫大小排序则为黑碳>有机碳>沙尘>海盐>硫酸盐。最后,通过分析散射型气溶胶与吸收型气溶胶对辐射通量的影响,还探究了大气中散射与吸收过程的异同。      

Spectral absorption coefficients and imaginary parts of refractive indices of Saharan dust during SAMUM-1

During the SAMUM-1 experiment, absorption coefficients and imaginary parts of refractive indices of mineral dust particles were investigated in southern Morocco. Main absorbing constituents of airborne samples were identified to be iron oxide and soot. Spectral absorption coefficients were measured using a spectral optical absorption photometer (SOAP) in the wavelength range from 300 to 800 nm with a resolution of 50 nm. A new method that accounts for a loading-dependent correction of fibre filter based absorption photometers, was developed. The imaginary part of the refractive index was determined using Mie calculations from 350 to 800 nm. The spectral absorption coefficient allowed a separation between dust and soot absorption. A correlation analysis showed that the dust absorption coefficient is correlated ( R ² up to 0.55) with the particle number concentration for particle diameters larger than 0.5 μm, whereas the coefficient of determination R ² for smaller particles is below 0.1. Refractive indices were derived for both the total aerosol and a dust aerosol that was corrected for soot absorption. Average imaginary parts of refractive indices of the entire aerosol are 7.4 × 10⁻³, 3.4 × 10⁻³ and 2.0 × 10⁻³ at wavelengths of 450, 550 and 650 nm. After a correction for the soot absorption, imaginary parts of refractive indices are 5.1 × 10⁻³, 1.6 × 10⁻³ and 4.5 × 10⁻⁴.     

SIMULTANEOUS DETERMINATION OF AEROSOL SIZE DISTRIBUTION AND REFRACTIVE INDEX AND SURFACE ALBEDO FROM RADIANCE—PART II: APPLICATION

This paper presents and analyzes experimental results in simultaneous determination of atmospheric colum-nar aerosol size distribution, refractive index and surface albedo by use of the radiance data in almucantar measured by a radiometer. 32 groups of data measured in Beijing during winter show that the imaginary part of refractive index for 0.6943 μm wavelength ranges from 0.022 to 0.079 with a mean of 0.0527. The mean real part and surface albedo are 1.537 and 0.287, respectively. The imaginary part was found to be less in autumn than that in winter, especially after raining. For 0.399 μm and 0.6943 μm wavelengths, the mean sur-face albedos are 0.101 and 0.222, and the mean imaginary parts are 0.0241 and 0.0129, respectively.     

EXPERIMENTAL STUDY ON EFFECTS OF HUMIDITY AND CHEMICAL COMPOSITION UPON IMAGINARY PART OF REFRACTIVE INDEX OF AEROSOL PARTICLES*

Experimental study is made of the relationship between the imaginary part of refractive index (IRI) of atmospheric aerosol particles and relative humidity,and between IRI and chemical element through the assay of chemical constituents of the particles.Evidence suggests that atmospheric humidity and aerosols' chemical ingredients have great effects on the IRI's and they should thus be considered in the research of the radiation properties of the particles in the atmosphere.