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看不见的小颗粒为何与大气能见度有关?:w88手机中文

发布时间:2021-11-19    作者:w88    点击量:

本文摘要:来源:中科院之声  PM2.5指环境空气中空气动力学等效直径大于相等 2.5 微米的颗粒物,也称作粗颗粒物,肉眼不可见。

来源:中科院之声  PM2.5指环境空气中空气动力学等效直径大于相等 2.5 微米的颗粒物,也称作粗颗粒物,肉眼不可见。人们现在常常提及的“雾霾”天精确来说应当是细颗粒物污染天(参见:what?都无法排便了,居然不是雾霾天!)。粗颗粒物污染有两个影响:危害人体身体健康和减少大气能见度。或许你不会有疑惑,粗颗粒物不是肉眼不可见吗?那它是怎么影响到能见度的呢?  这主要是因为大气衍射。

大气衍射是十分最重要且广泛再次发生的现象,如果没大气衍射,那么太阳光照射以外的地方都是一片黑暗。太阳光通过大气时遇上云滴和气溶胶等小颗粒时,部分光线不会转变原本的照射方向,朝其他方向衍射。光和小颗粒的这种相互作用,与入射光波长和遇上的“追打”颗粒的比较大小有关。

图片来自网络  当入射光波长比遇上的颗粒尺度小得多时,可指出是比较简单的瑞利散射;当波长与颗粒尺度非常或大于颗粒尺度时,就是较简单的米衍射;当颗粒尺度比波长小得多时,则使用几何光学处置。红外线波长大约为0.38~0.78μm,与细颗粒物的尺度非常。因此,大气更为整洁粗颗粒物较少时以瑞利散射居多,我们不会有一个日出的好天气。瑞利散射的强度与波长四次方成反比,波长越高瑞利散射强度就越强劲,因此波长较短的蓝光被反感衍射,使得天空呈现出蔚蓝色。

当大气中细颗粒物较多时,由于米衍射的散射光强劲与波长没明显的关系,使得天空呈现出灰白色。图片来自网络  大气能见度的优劣受到大气对太阳光衍射和吸取的消光效应影响。

粗颗粒物和气态污染物对光的吸取和衍射使能见度减少,其中颗粒物消光带给的影响约有60%~95%。有一个专业术语叫气溶胶光学厚度,英文名称为AOD(Aerosol Optical Depth)或AOT(Aerosol Optical Thickness),就是用作叙述气溶胶对光的缩减起到。图片来自网络  近年来,细颗粒污染倍受注目,涉及的观测站点也更加多。然而,现有观测在时间和空间上的覆盖面都有所严重不足。

PM2.5观测站点主要集中于在城市区域,且多数站点积极开展观测的时间不宽,而能见度作为基础观测项目具备较全面的空间观测和较长的历史数据。因此,利用能见度与颗粒物质量浓度间的关系,探索基于能见度提供PM2.5质量浓度的方法是有一点尝试的方向,不利于在较小时空尺度上促进对颗粒物污染演化过程的解读。

看不见的小颗粒为何与大气能见度有关?:w88手机中文(图1)

  能见度的优劣直接影响到人们的生活,较低能见度对交通和一些观测活动具有很大的影响。能见度受到多种因素的影响,如大气成分、风速和空气湿度等。其中空气湿度是影响能见度与颗粒物质量浓度关系的最重要参数,影响着大气颗粒物的粒径、质量、密度、反射指数等物理参数。

大气气溶胶可以分成吸湿性(亲水性)气溶胶和非吸湿性(上言水性)气溶胶。当干粒子吸湿后,粒径有显著的快速增长,前向衍射很快减小。不少研究早已指出,大气能见度受到空气湿度和颗粒物质量浓度的联合影响。

图片来源:UCI气溶胶光化学小组研究  《大气科学进展》近期公开发表的文章中,中科院大气所LAGEO团队利用能见度提供的环境消光系数和干气溶胶散射系数,分析了观测期间两个污染过程中的气溶胶吸湿性,创建了基于能见度估计PM2.5质量浓度的方法,可以很好地估计PM2.5质量浓度。  研究人员在西南地区外场观测中展开了能见度、环境湿度、PM2.5质量浓度和干气溶胶散射系数等的观测研究。

为了说明 PM2.5质量浓度和能见度变化的差异,研究了水汽对气溶胶衍射的影响,后用数值公式创建了干状态和滑状态下气溶胶光学参数的关系。研究找到腊气溶胶的散射系数与PM2.5质量浓度有很好的线性关系,由此创建了基于能见度估计PM2.5质量浓度的方法。用能见度估计的PM2.5质量浓度与必要测量的对比  大气气溶胶的质量浓度的产于在时空尺度上差异相当大,因此给我们了解气溶胶的时空产于特征和演进过程带给了艰难。

利用更为更容易取得的大气能见度、空气湿度数据估算 PM2.5质量浓度是一种很有前途的方法,未来将会填补PM2.5质量浓度必要监测时空覆盖面积严重不足的问题,还可以融合卫星和激光雷达改良PM2.5质量浓度的遥测反演。创建宽的时空尺度上PM2.5数据库不利于更进一步解读细颗粒污染物的构成演化过程,为大气污染防治和提高空气质量获取基础数据和科学依据。但是由于环境大气中的相对湿度具备显著的日变化、季节变化过程,因此依然必须探究有所不同季节、有所不同地区、有所不同气象条件下该方法的适用性,找寻大气能见度和PM2.5浓度之间的本质联系。


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