不同相对湿度下大气气溶胶粒子/粒子系的辐射特性

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随着经济社会的发展,大量废气和烟尘颗粒排入大气导致严重的空气污染,当环境相对湿度增大时气溶胶会吸湿增长,对大气环境和人类健康造成诸多影响。为探究不同相对湿度下气溶胶的辐射特性,本文基于MIE散射理论和多球T矩阵方法并结合亲水性/疏水性气溶胶吸湿增长规律,建立单粒子/粒子系的散射吸湿计算模型,并采用FORTRAN语言完成数值计算代码编写且进行验证。研究结果表明:单气溶胶粒子在60~80%的低相对湿度和0.6~1.0μm的大粒径区间内散射吸湿增长缓慢,在80~95%的高相对湿度和0.02~0.6μm的小粒径区间内呈指数增长。亲水性气溶胶粒子(如硫酸、硫酸铵和硝酸铵)的散射吸湿增长变化显著,散射吸湿增长因子可高达33.43;而疏水性气溶胶粒子(如沙尘和黑炭)则有明显的抑制作用,散射吸湿增长因子可低至0.559。环境相对湿度和气溶胶粒子的成分对其辐射特性的影响随粒径和波长增大而减小。同时研究结果也表明:Log-Normal分布下的气溶胶单质粒子团簇散射吸湿增长趋势与其单粒子一致,但是增长幅度远低于单粒子。由于团簇粒子间的多次反射与遮挡效应,散射吸湿增长因子曲线会随相对湿度增大出现波动现象,而且随着团簇体积分数增大曲线波动加剧,幅度变大。黑炭和硫酸铵混合粒子团簇中均匀混合和核壳模型散射吸湿增长特性一致,说明粒子空间分布对团簇散射吸湿影响较小。但是黑炭和硫酸铵含量比对团簇散射吸湿增长特性的影响显著,且随波长增大越发明显,尤其在远红外波段,当黑炭含量为10%,散射吸湿增长因子出现最大峰值为14.269。本文研究结果可为太阳能的高效利用、大气污染治理以及大气环境的高精度监测等领域提供一定的理论支撑和借鉴。
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