由于氣溶膠的介電常數不易直接測量,氣溶膠的復折射指數的實部與其介電常數之間存在的一定關系,利用這一關系,可以用氣溶膠的復折射指數的實部來求出其介電常數,并對4種基本粒子、3種常見類型的氣溶膠以及任意體積比混和建立的氣溶膠類型的介電常數進行了研究。
氣溶膠是大氣與懸浮在其中的固體和液體微粒共同組成的多相體系,它的粒子直徑多在0.001~10μm。根據標準輻射大氣模型,可把對流層氣溶膠按成分分為沙塵性粒子、水溶性粒子、海洋性粒子、煤煙4種類型。氣溶膠對氣候的影響一方面表現為大氣中的氣溶膠粒子吸收和散射太陽輻射和地面輻射出的長波輻射,從而影響地-氣輻射收支;另一方面氣溶膠濃度變化會影響云的光學特性、云量,而云的變化反過來影響氣候。氣溶膠對溫室氣體的熱效應的阻礙作用,在20世紀已被人們所認識,但這種冷效應具有很大的不確定性,氣溶膠的影響力和不確定性可能比一般模型中模擬的大得多,因而認識氣溶膠的氣候效應對預測變暖更具有重要意義。大氣氣溶膠對地球表層系統的輻射收支有重要的影響,是大氣輻射傳輸過程中三大活躍要素之一。
大氣氣溶膠對氣候變化有重要的直接和間接的影響,通過氣溶膠粒子吸收和散射太陽輻射,直接改變地-氣系統的能量收支。大氣氣溶膠作為大氣的重要組成部分,也是大氣電場的介質中的重要組成,它在大氣電場中有重要作用。大氣氣溶膠是大氣物理化學過程中的一個重要因素,大氣科學的很多領域均與氣溶膠有關,研究氣溶膠的介電常數是大氣氣溶膠發展的一個很重要方向。筆者研究了不同類型大氣氣溶膠中的介電常數,由于氣溶膠的介電常數不易直接測量,氣溶膠的復折射指數的實部與其介電常數之間存在的一定關系,利用這一關系,可以用氣溶膠的復折射指數的實部來求出其介電常數,并對4種基本粒子、3種常見類型的氣溶膠以及任意體積比混和建立的氣溶膠類型的介電常數進行了研究。
1、資料與方法
1.1、理論依據根據Mie散射理論,由氣溶膠的譜分布和它的折射率可以計算出:αa=π∫Qext(n,r,λ)n(r)r2dr、βa=∫λ28π2[M1(180°)+M2(180°)]n(r)dr、S1=αa/βa,式中,Qext、M1、M2是折射率n、粒子半徑r和波長λ的函數,由于譜分布可以由粒子計數器測量得到,λ=0.532μm,只要假設一定的折射率n就可以由Mie理論計算出來αa和S1。若計算出的αa和S1與測量結果在一定范圍內相同或相近,此時假設的折射率就是大氣氣溶膠真實的折射率。根據Mie散射理論,計算了相函數(θ)、消光和散射系數,不對稱因子的基本部分界定其大小分布和折射率。計算在默認的20波長和83相位角(80高斯角,0°、90°和180°)或高達1000相位角(997高斯角,0°、90°和180°)的條件下完成。
3個基本氣溶膠類型模型可以由4個基本氣溶膠類型組成按照以下體積百分比混合建立(表1)。利用粒子體積百分比的Cj計算3個基本氣溶膠類型模型的復折射指數和介電常數的值。對于每一個組成部分,筆者計算了體積濃度Vj和粒子數目濃度Nj(表2)。如果氣溶膠是由j種粒子組成的混合體,組成粒子的體積百分比為Cj,然后可以得到粒子的密度百分比。3個常見類型氣溶膠中4種基本氣溶膠粒子所占的密度比例如表3所示。在6S手冊中給出4種基本粒子在10個不同波長處的負折射指數的實部和虛部的數據,在給定氣溶膠類型的情況下,用6S手冊中給出的數據,通過一些公式可以計算出氣溶膠在不同波長處的復折射指數和介電常數。