大气环境和化学组分对气溶胶辐射特性影响研究.pdfVIP

第4卷增刊 过程工程学报 V01．4 Suppl． 2004年8月TheChineseJoumalofProcess Engineering- w Aug．2004 大气环境及化学组分对气溶胶辐射特性影响研究 董真1，黄世鸿2，李子华1 (1．南京气象学院．江苏南京2100442．南京大学，江苏南京210093) 摘要z实验测量了在不同相对湿度下大气气溶胶光学折射指数虚部值，研究了虚折射指数与相 对湿度的关系；同时对气溶胶粒子进行了化学分析，研究了虚折射指数与元素成分之间的相互关 系．结果指出，大气环境湿度及气溶胶粒子化学组分对其光学折射指数虚部影响很大．因此，研究 大气气溶胶辐射特性时不能不加以考虑． 关键词：气溶胶：辐射特性；相对湿度；化学组分 1引言 大气气溶胶在大气科学和环境科学中受到日益广泛的关注，特别是在气候变化研究方面，气 溶胶的辐射特性被认为是十分重要的关键因子．气溶胶不仅通过对太阳辐射和红外辐射的吸收和 散射直接影响天气和气候，还通过改变云的物理化学过程和性质进行间接的影响． 气溶胶粒子的光学折射指数虚部％是决定大气气溶胶吸收特性的重要参数．但气溶胶的辐射 特性又与其所含的化学成分、大气水汽条件及大气化学环境密切相关．不同化学组成的粒子，吸 收辐射的能力不同．测量结果表明，烟煤【11、沙尘【21、海盐【3】等气溶胶粒子光学折射指数虚部值可 相差两个量级．但由于悬浮粒子的非均匀结构，至今尚未得到各化学元素与折射指数虚部的相关 关系．大气环境湿度直接影响大气气溶胶的物理化学特性．当环境空气湿度增大时，不仅气溶胶粒 子尺度会增大，而且由于变成含有相当数量水和溶质的混合物，以及可能产生的液相化学反应， 射指数虚部随湿度的变化关系尚无可靠的实验数据． 为了深入研究气溶胶粒子的辐射特性，我们先后在全国23个地区采集气溶胶样品，利用Hogan 法【6】实验测量了大气气溶胶光学吸收系数尻和光学折射指数虚部ni．得到了中国地区大气气溶胶 光学折射指数虚部值的分布特征；对111个样品进行了化学分析，研究了虚折射指数与若干元素 的相关性；对其中部分样品实验测量了在不同相对湿度下的虚折射指数，分析了光学折射指数虚 部值与相对湿度的关系． 2测量和计算方法 为了得到大气气溶胶的光学吸收特性，采用了简单易行而且国内外有同类资料可以比较的方 采集粒子，测“着色”表面的反射光．后者采用半透明滤膜，测“着色”滤膜的透过率．相对而 言，前者更为简单． 设有三个不同色态的不透明滤膜：白色(空白)，集缩有粒子的灰色样品和黑色滤膜，以一光源 照射并在光源一侧某点用光电元件分别测量来自白色表面，灰色表面和黑色表面的反射光强：以 cn 作者简介：董真(1960-)男，博士研究生，主要从事气溶胶辐射研究．E-mail：hyp@dcnje 增刊 董真等：大气环境及化学组分对气溶胶辐射特性影响研究839 三种色态的滤膜有同样的表面结构和同一附设器壁，k，岛和k之间的差别唯一决定于滤膜表面 的“着色效应”．在光源光强一定的情况下，k和k的值是一定的，而岛随着集缩粒子量的多少 而的而定．当表面无集缩粒子则厶盯_00，当表面被粒子布满则，s，=缸．因此来自样品灰色表面的反射 部分为 JR：#阜． —(1) l。一Ik 光能在样品表面的损失部分为 E=1一R． (2) 这一光能损失是由集缩粒子的吸收造成的，反映了集缩粒子的总体吸收性能．设收集粒子时 的采样速率为V(M3／分)，采样时间为f，滤