成都秋冬季“干”气溶胶等效复折射率特征研究

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“干”气溶胶等效复折射率是表征气溶胶光学特性的重要参数,又是大气能见度预报不确定性的重要来源,相关研究具有重要的理论意义和应用价值。为此本文利用成都地区2017年9月至12月AURORA 3000型浊度计和AE-31型黑碳检测仪的逐时观测资料及GRIMM180环境颗粒物分析仪的监测资料,结合同时次的环境气象监测数据,对研究区域的大气消光系数及其组成、“干”气溶胶等效复折射率的反演算法、变化特征以及其的成因展开了系统的研究。主要结论如下:(1)针对大气消光及其组成的研究结果:观测期间大气消光系数为(1173.42±641.21)Mm-1,其中“干”气溶胶散射系数、“干”气溶胶吸收系数、干洁大气散射系数、气态污染物吸收系数和气溶胶吸湿性消光系数对其平均贡献率分别是53.02%、6.54%、1.50%、1.65%和37.29%。大气消光系数、“干”气溶胶散射系数和气溶胶吸湿性消光系数的日变化为“单峰单谷型”,而“干”气溶胶吸收系数和气态污染物吸收系数的日变化则分别表现为“单谷型”和“双峰双谷型”。(2)通过Mie散射理论公式构建目标函数,利用免疫进化算法对气溶胶等效复折射率的实部和虚部进行协同优化,据此创新性地提出了“干”气溶胶等效复折射率反演的新途径。气溶胶等效复折射率反演的免疫进化算法不仅是普适的,而且还具有收敛速度快、计算稳定和求解精度高等特点。通过与其它气溶胶等效复折射率反演方法的对比分析,进一步论证了新方法的优势,这为气溶胶等效复折射率演变机理以及气溶胶吸湿性增长模型的后续研究提供了算法保障。(3)“干”气溶胶等效复折射率实部和虚部分别为(1.547±0.0552)和(0.0197±0.00604)。“干”气溶胶等效复折射率实部和虚部的日变化形态基本一致,主要表现为“单谷型”特征,二者的谷值出现时段位于15:0018:00。对“干”气溶胶等效复折射率实部变化具有最重要指示意义的质量浓度指标是PM1/PM10和PM1/PM2.5,其对应的决定系数R2分别为0.53和0.21(通过α=0.01的显著性检验)。对“干”气溶胶等效复折射率虚部变化具有最重要指示意义的质量浓度指标是BC/PM10和BC/PM2.5,其对应的决定系数R2分别为0.47和0.42(通过α=0.01的显著性检验)。(4)就日时间尺度上而言,等效复折射率实部与质量浓度统计上对“干”气溶胶散射消光的演化存在协同作用,虚部与质量浓度对“干”气溶胶吸收消光的演化也存在类似影响,“干”气溶胶等效复折射率虚部是单位质量浓度“干”气溶胶吸收消光能力的重要表征。上述结论为“干”气溶胶等效复折射率参数化方案的构建奠定了基础。
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