【摘要】：氣溶膠輻射特性是氣溶膠輻射強迫研究中的重要參數(shù),也是氣溶膠輻射強迫估算中最大的不確定性來源之一。其中氣溶膠散射相函數(shù)(不對稱因子)反映了氣溶膠對輻射散射的方向性,在輻射傳輸中有著特殊的重要性。多年來,有關(guān)氣溶膠散射、吸收(消光)的觀測研究已經(jīng)開展了很多,然而對氣溶膠散射相函數(shù)的直接觀測研究還相對較少。本工作通過2014年6月16日至2014年8月18日在河北饒陽觀測站點開展的綜合觀測試驗,采用最新的商業(yè)化三波段角散射濁度儀(Polar Nephelometer),觀測獲得了當(dāng)?shù)氐拇髿鈿馊苣z細(xì)粒子(PM_(2.5))的角散射系數(shù),進(jìn)一步得到細(xì)粒子的散射相函數(shù)和不對稱因子特征,并對同期獲得的散射,吸收特性進(jìn)行了分析。觀測期間,饒陽干氣溶膠細(xì)粒子的平均散射系數(shù)在450 nm,525 nm,635 nm三個波段分別為430.3±274.9 Mm~(-1)、403.8±274.7 Mm~(-1)和321.5±227.5Mm~(-1);525nm波長氣溶膠細(xì)粒子的平均吸收系數(shù)為31±19 Mm~(-1),單次散射反照率為0.91±0.06,半球后向散射比0.13±0.03,Angstrom指數(shù)為1.00±0.36。反映了饒陽氣溶膠細(xì)粒子具有較強的光散射性。饒陽測點污染的發(fā)生常伴有偏南方向的氣流控制,顆粒物污染受到地面風(fēng)和光化學(xué)過程的影響,不同風(fēng)向條件下氣溶膠光學(xué)性質(zhì)的差異很大。根據(jù)多波長角散射濁度儀Aurora 4000(Polar Nephelometer,ECOTech,Australia)測量獲取的前向角散射系數(shù)(10°~90°)和后向散射系數(shù),提出了一種基于濁度儀直接測量的氣溶膠角散射系數(shù)和改進(jìn)的HG相函數(shù)近似獲取氣溶膠散射相函數(shù)、不對稱因子的擬合估算方法。估算結(jié)果表明,用改進(jìn)的HG相函數(shù)近似能夠較好的擬合河北饒陽實際觀測的氣溶膠細(xì)粒子(PM_(2.5))的散射相函數(shù),由此得到的前向(15-20度)散射相函數(shù)數(shù)值和半球后向散射比與通過角散射濁度儀直接測量得到的結(jié)果有很好的一致性。擬合得到河北饒陽測點觀測期間干氣溶膠細(xì)粒子在三個波長的平均不對稱因子(g)分別為0.53±0.04(635nm)、0.57±0.05(525nm),和0.57±0.07(450nm)。對比觀測期間兩個污染和清潔過程,干氣溶膠細(xì)粒子的散射相函數(shù)和不對稱因子(g)在污染情況下明顯高于相對清潔情況,表明饒陽地區(qū)污染情況下細(xì)粒子的平均粒徑相比于清潔情況更大。利用多波長角散射濁度儀測量計算得到的氣溶膠相函數(shù)和半球后向散射比的觀測結(jié)果,結(jié)合同期膜采樣氣溶膠化學(xué)成分分析得到的平均復(fù)折射指數(shù),對膜采樣期間粒子譜分布進(jìn)行擬合反演,并通過PM_1/PM_(2.5)膜稱重的比值與利用擬合得到的粒子譜計算的PM_1/PM_(2.5)比值進(jìn)行對比驗證。結(jié)果表明,膜稱重PM_1/PM_(2.5)的比值與利用擬合得到的粒子譜計算的結(jié)果具有較好的一致性,表明利用角散射濁度儀的測量結(jié)果反演細(xì)粒子的粒子譜分布有較好的效果。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步采用擬合反演的粒子譜計算氣溶膠細(xì)粒子的不對稱因子。并且討論分析了利用粒子譜計算和利用改進(jìn)的HG相函數(shù)計算時,其誤差函數(shù)算法中分別進(jìn)行了對觀測得到的相函數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行取對數(shù)處理和不取對數(shù)處理的試驗。發(fā)現(xiàn)采用先擬合細(xì)粒子的譜分布,進(jìn)而計算氣溶膠細(xì)粒子的不對稱因子的方法,能夠得到數(shù)值上更穩(wěn)定的不對稱因子。
[Abstract]:Aerosol radiative characteristics are an important parameter in the study of aerosol radiative forcing and one of the greatest uncertainties in the estimation of aerosol radiative forcing. The aerosol scattering phase function (asymmetric factor) reflects the directivity of aerosol to radiative scattering and is of special importance in radiative transfer for many years. The study of aerosol scattering and absorption (extinction) has been carried out a lot, but the direct observation of aerosol scattering phase function is still relatively few. This work is based on the latest commercial three-band angular scattering turbidimeter (Polar Nephe) through a comprehensive observation experiment conducted at Raoyang Observatory from June 16, 2014 to August 18, 2014. The angular scattering coefficients of local fine aerosol particles (PM_ (2.5)) were obtained by lometer. The scattering phase functions and asymmetric factors of fine aerosol particles were further obtained. The scattering and absorption characteristics obtained at the same time were analyzed. During the observation period, the average scattering coefficients of Raoyang dry aerosol particles were 450 nm, 525 nm and 635 nm. The average absorption coefficient of fine aerosol particles at 525 nm wavelength is 31 (-1), the single scattering albedo is 0.91 (-1), the hemispheric backscattering ratio is 0.13 65507 Raoyang measurement point pollution is often accompanied by southward-facing airflow control. Particulate pollution is affected by surface wind and photochemical processes. The aerosol optical properties vary greatly under different wind directions. Based on the aerosol angular scattering coefficient measured directly by turbidimeter and the improved HG phase function, the aerosol scattering phase function and the asymmetry factor can be approximated and estimated. The results show that the improved HG phase function can be used to approximate the actual observation in Raoyang, Hebei Province. The forward (15-20 degree) scattering phase function and hemispheric backscattering ratio obtained from the scattering phase function of aerosol fine particles (PM_ (2.5)) are in good agreement with those directly measured by an angular scattering turbidimeter. The scattering phase function and asymmetry factor (g) of dry aerosol particles were significantly higher than that of the relative clean state in the pollution condition, indicating that the average particle size of dry aerosol particles in the pollution condition of Raoyang area was higher than that in the clean state. The results of aerosol phase function and hemispheric backscattering ratio measured by multi-wavelength angular scattering turbidimeter, combined with the mean complex refraction index obtained from the chemical composition analysis of aerosols sampled at the same time, were used to fit and invert the particle spectrum distribution during the film sampling period, and the ratio of PM_1/PM_ (2.5) film weighing and the average complex refraction index were obtained. The PM_1/PM_(2.5) ratio calculated by fitting the particle spectrum is compared and verified. The results show that the PM_1/PM_(2.5) ratio by membrane weighing is in good agreement with the calculated results by fitting the particle spectrum. It is shown that the results obtained by using the angular scattering turbidimeter have a better effect on retrieving the particle spectrum distribution of fine particles. On this basis, the asymmetric factors of aerosol fine particles are calculated by fitting and inversion of particle spectra, and the experiments of logarithmic processing and logarithmic processing of the observed phase function data are carried out in the error function algorithm when particle spectra and improved HG phase function are used. It is found that a more stable asymmetric factor can be obtained by fitting the spectral distribution of fine particles and then calculating the asymmetric factor of aerosol particles.
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X513

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王軒;陳建華;耿春梅;任麗紅;陳建民;葉興南;楊文;;北京冬季氣溶膠吸濕性的觀測與分析[J];中國科學(xué)院大學(xué)學(xué)報;2014年03期

2 夏祥鰲,王普才,陳洪濱,Philippe Gouloub,章文星;中國北方地區(qū)春季氣溶膠光學(xué)特性地基遙感研究[J];遙感學(xué)報;2005年04期

3 劉煜;李維亮;周秀驥;;夏季華北地區(qū)二次氣溶膠的模擬研究[J];中國科學(xué)(D輯:地球科學(xué));2005年S1期

4 徐建中,孫俊英,任賈文,秦大河;中國第二次北極科學(xué)考察沿線氣溶膠成分分析[J];冰川凍土;2005年02期

5 顏鵬;郇寧;楊東貞;張養(yǎng)梅;王淑鳳;;兩種氣溶膠質(zhì)量重建方法的比較及氣溶膠質(zhì)量閉合研究[J];中國科學(xué)院研究生院學(xué)報;2007年05期

6 周任君;陳月娟;畢云;易明建;;青藏高原上空氣溶膠含量的分布特征及其與臭氧的關(guān)系[J];高原氣象;2008年03期

7 陳秀紅;魏合理;李學(xué)彬;徐赤東;徐青山;;可見光到遠(yuǎn)紅外波段氣溶膠衰減計算模式[J];強激光與粒子束;2009年02期

8 王吉明;曹艷華;葉小峰;駱世娟;阮啟亮;劉立群;段藝萍;;東亞地區(qū)氣溶膠化學(xué)成分特性分析及數(shù)值模擬研究[J];江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2010年01期

9 曹艷華;葉小峰;阮啟亮;劉立群;段學(xué)禮;;東亞地區(qū)春冬季氣溶膠化學(xué)成分特性的數(shù)值模擬分析[J];井岡山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年02期

10 顏鵬;劉桂清;周秀驥;王京麗;湯潔;劉強;王振發(fā);周懷剛;;上甸子秋冬季霧霾期間氣溶膠光學(xué)特性[J];應(yīng)用氣象學(xué)報;2010年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 郝立慶;王振亞;黃明強;方黎;張為俊;;種子氣溶膠對甲苯光氧化生成二次有機氣溶膠的生長影響[A];中國顆粒學(xué)會2006年年會暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會論文集[C];2006年

2 孫貞;徐曉亮;侯忠新;丁鋒;;青島市不同天氣系統(tǒng)下氣溶膠濃度特性初探[A];第十五屆全國云降水與人工影響天氣科學(xué)會議論文集（Ⅱ）[C];2008年

3 楊素英;馬建中;;多化學(xué)組分氣溶膠對暖云微物理特征的影響[A];S18 大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境[C];2012年

4 李嘉偉;韓志偉;;東亞地區(qū)氣溶膠空間分布和季節(jié)變化的模擬研究[A];第七屆海峽兩岸氣膠技術(shù)研討會暨第二屆空氣污染技術(shù)研討會論文摘要集[C];2010年

5 張敏;林立;陳建民;;大西洋深海氣溶膠船基監(jiān)測[A];第五屆全國環(huán)境化學(xué)大會摘要集[C];2009年

6 張秋晨;朱彬;蘇繼峰;王紅磊;;南京三類不同大氣污染過程下氣溶膠水溶性無機離子的特征研究[A];S18 大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境[C];2012年

7 李富剛;李侖格;林春英;王廣河;汪曉濱;;西北地區(qū)氣溶膠研究的回顧與展望(Ⅱ)氣溶膠的源和匯與沙塵暴研究綜述[A];第26屆中國氣象學(xué)會年會大氣成分與天氣氣候及環(huán)境變化分會場論文集[C];2009年

8 楊素英;馬建中;胡志晉;銀燕;;可溶性有機氣溶膠對CCN和云微物理特征影響的模擬研究[A];第十五屆全國云降水與人工影響天氣科學(xué)會議論文集（Ⅱ）[C];2008年

9 趙樹云;智協(xié)飛;張華;王志立;;不同氣溶膠方案對BCC_AGCM2.0.1的影響[A];第28屆中國氣象學(xué)會年會——S8大氣成分與天氣氣候變化的聯(lián)系[C];2011年

10 姚青;蔡子穎;韓素芹;劉愛霞;劉敬樂;;天津冬季相對濕度對氣溶膠濃度譜分布和大氣能見度的影響[A];第八屆全國優(yōu)秀青年氣象科技工作者學(xué)術(shù)研討會論文匯編[C];2014年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 張軍;二次碳?xì)馊苣z的形成影響因素及其環(huán)境意義 獲2006年度國家自然科學(xué)基金研究計劃—面上項目[N];科技日報;2007年

2 王德英;氣溶膠及其氣候效應(yīng)研究進(jìn)展順利[N];中國氣象報;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王永宏;大氣氣溶膠理化特性及其對消光和臭氧濃度影響[D];蘭州大學(xué);2015年

2 冷春波;氣溶膠界面熱力學(xué)和動力學(xué)過程的FTIR研究[D];北京理工大學(xué);2015年

3 趙樹云;氣溶膠的有效輻射強迫及對全球氣候特別是地表干旱程度的影響研究[D];中國氣象科學(xué)研究院;2015年

4 楊燕;氣溶膠對山地區(qū)域降水影晌的個例研究[D];中國氣象科學(xué)研究院;2016年

5 車浩馳;基于長期觀測的長三角背景區(qū)域云凝結(jié)核活化特征和預(yù)報方案的研究[D];中國氣象科學(xué)研究院;2017年

6 徐昶;中國特大城市氣溶膠的理化特性、來源及其形成機制[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

7 張養(yǎng)梅;京津冀地區(qū)亞微米氣溶膠特征及其變化的觀測分析研究[D];中國氣象科學(xué)研究院;2011年

8 張蓉;中國氣溶膠中重金屬的特征、來源及其長途傳輸對城市空氣質(zhì)量及海域生態(tài)環(huán)境的可能影響[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

9 王哲;中國典型地區(qū)碳質(zhì)氣溶膠及二次有機氣溶膠特征研究[D];山東大學(xué);2011年

10 方文政;大氣氧化及光氧化揮發(fā)性有機物生成二次有機氣溶膠的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孫根厚;上甸子站夏季降水期間氣溶膠濕清除影響的觀測研究[D];中國氣象科學(xué)研究院;2012年

2 朱于紅;MODIS C006氣溶膠產(chǎn)品評估及其在省域大氣污染研究中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

3 黃偉;沙塵和人為氣溶膠的直接輻射效應(yīng)對亞洲氣候的影響[D];南京信息工程大學(xué);2015年

4 徐戈;凍滴微物理過程的分檔數(shù)值模擬試驗研究[D];南京信息工程大學(xué);2015年

5 李義宇;華北夏季氣溶膠與云微物理特征的飛機觀測研究[D];南京信息工程大學(xué);2015年

6 李力;黃山地區(qū)云凝結(jié)核與氣溶膠化學(xué)成分的特性及其關(guān)系[D];南京信息工程大學(xué);2015年

7 徐彬;南京與黃山兩地氣溶膠吸濕性研究[D];南京信息工程大學(xué);2015年

8 秦鑫;南京北郊重金屬氣溶膠特征及來源分析[D];南京信息工程大學(xué);2015年

9 陳智杰;潔凈熱氣溶膠滅火劑配方設(shè)計原理研究[D];南京理工大學(xué);2015年

10 李忠;特殊事件影響下的濱海細(xì)顆粒氣溶膠的化學(xué)組分變化特征[D];國家海洋局第三海洋研究所;2015年

，

本文編號：2188160