随机取向团簇自然气溶胶光学特性.pdfVIP

第24卷第10期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．24，NO．10 2012年10月 HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS Oct．，2012 文章编号： 2012)i0—244l06 随机取向团簇自然气溶胶光学特性+ 张小林h2， 黄印博1， 饶瑞中1 (1．中国科学院安徽光学精密机械研究所，大气成分与光学重点实验室，合肥230031； 2．中国科学院研究生院，北京100039) 摘 要： 利用离散偶极子近似法计算分析了随机取向团簇自然气溶胶(包含灰尘和海盐)在等效半径变 化范围为0．01～2弘m(波长为0．55卢”时对应尺度参数为0．1～23)时的光学特性。通过考察成分和形状的 影响，计算结果表明：成分对团簇自然气溶胶的散射、后向散射效率因子，不对称因子，以及米散射区范围内的 消光效率因子的影响均较小，其中对尺度参数为9～23时的消光效率因子和尺度参数小于2．3时的不对称因 子几乎没有影响；成分对瑞利散射区范围内的消光效率因子及吸收效率因子的影响相对较大。形状对团簇自 然气溶胶在尺度参数小于0．7时的消光、吸收、散射效率因子及后向散射效率因子的影响可以不计；当尺度参 数大于4．6时，粒子的内在对称性和表面的突变会带来明显的影响。另外。团簇自然气溶胶在米散射区内、尺 度参数较大时，散射相函数有明显的后向散射加强效应。 关键词： 大气自然气溶胶； 团簇； 随机取向； 光学特性 中图分类号：P427 文献标志码： A doi：10．3788／HPLPB201224lO．2441 大气气溶胶对地球气候、大气环境和人类健康有着深远影响，其来源可分为自然过程和人类活动两部 分[1。5]。目前，对人为气溶胶对地球气候直接和间接效应的研究众多，而对自然气溶胶的研究相对较少。但是 自然气溶胶是气溶胶影响中的基础部分，而且不像人为气溶胶那样可以有效控制，另外在全球尺度上自然气溶 研究表明，印度半岛地区的自然气溶胶对光学厚度的贡献占40％～50％[6]。自然气溶胶最主要的两种成分是 海盐和灰尘。8。1“，其中灰尘是陆地上自然气溶胶的主要成分，而海盐和被大气运送的灰尘是海洋上自然气溶胶 的主要成分。 2。1 许多元素碳是以团簇的形式排放到大气中的[13。，而团簇状的海盐和灰尘也在大气中相当普遍地存 在[14I。海盐和灰尘有不同的源，它们的团簇行为之一很有可能在云过程中发生[1 观测洛杉矶等地气溶胶后发现：气溶胶粒子空气动力学直径d。o．26肚m，粒子是初次气溶胶粒子的团簇体和 现团簇效应导致煤灰的吸收增强超过25％，消光和散射增大更多，而单次散射反照率和不对称因子则增大10 倍[1 数和线偏振度，结果表明亚微米单体尺度的硅球团簇体的散射相函数在后向散射区明显增大，而碳球体的后向 散射增强则相对要弱很多[1 9。。大气团簇气溶胶光学特性的研究较多的是具有强吸收特性的黑碳，而研究以海 盐和灰尘为主要成分的团簇自然气溶胶的光学特性并不多见。 Friedlander的观测结果利用离散偶极子近似(DDA)法计算等效半径变化范围为0．01～2 Fm(波长为0．55 盐)时的光学特性和其等效为球形时的光学特性。 1 计算方法 DDA法是将实际的散射物体近似为一系列可极化点阵，从而计算入射光与这些点阵的相互作用。 *收稿日期：2011-09—26；修订日期：2012-02—22 基金项目：国家自然科学基金项目 作者简介：张小林(1982)，男，博士研究生，研究方向为大气气溶胶光学特性：ybhuang@aiofm．ac．cn。 强 激 光 与 粒 子 柬 第24卷