大氣複雜顆粒物的散射特徵及遙感反演模型

《大氣複雜顆粒物的散射特徵及遙感反演模型》是依託中山大學，由鄧孺孺擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大氣複雜顆粒物的散射特徵及遙感反演模型
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄧孺孺
• 依託單位：中山大學

中文摘要

遙感數據中，顆粒物散射是構成大氣信息的主要因素，散射與粒子濃度及粒度關係的表征決定了大氣遙感的定量化水平。極細粒子散射可用瑞利散射精確描述，較粗顆粒的描述一般採用米散射理論。然而米散射理論以顆粒為均質球體為基本假設，與多數形態和成分複雜的人為氣溶膠相差甚遠，導致對遙感所需的後向散射計算存在極大誤差；且其公式過於複雜，較難於套用。因此概念性的Angstrom公式被大量用於計算大氣混濁度，但其定量化水平較低，無法反演顆粒物濃度和粒度。目前複雜顆粒物散射性質的定量表征已成為提高大氣遙感定量化的瓶頸。本項目擬解決該問題：通過實驗，系統測量各類複雜氣溶膠的形態、粒度分布及其散射特徵；結合電磁波理論與統計學方法，從機理上分析顆粒物散射特徵與形狀和粒度的關係，厘定複雜顆粒物方向散射強度與數濃度及粒度分布的函式關係，建立各類型氣溶膠數濃度和粒度分布的遙感反演模型。其結果對提高大氣遙感定量化水平有重要意義。

結題摘要

顆粒物散射是構成大氣遙感信息的主要因素。散射與粒子的粒度和濃度關係的表征決定了大氣遙感的定量化水平。極細顆粒可用瑞利散射精確描述；對較粗的顆粒一般採用米散射描述。然而米散射理論以顆粒為均質球體作為基本假設，與多數實際氣溶膠類型相差甚遠，對遙感所需的後向散射計算造成極大誤差。概念性的Angstrom公式被大量用於計算大氣混濁度，其定量化水平較低。 本項目的目標是測量各類複雜氣溶膠的形態、粒度分布及其散射特徵；從機理上分析顆粒物散射特徵與形狀、粒度的關係，厘定複雜顆粒物的粒度分布、數濃度與散射強度及方向性的函式，建立各類型氣溶膠數濃度和粒度分布的遙感反演模型。 項目研究基本上按計畫進行，研究內容均按要求完成，並取得了預期的結果。完成的主要研究及取得的主要成果如下: 1. 珠江三角洲選取公路交通樞紐、重污染工業區和裸露開發區等典型污染區，用氣溶膠採樣器對各種氣溶膠進行採樣，然後用顯微鏡進行氣溶膠幾何形狀觀察，並進行顯微照像。得到以下認識：以沙塵型粒子為主的粗粒氣溶膠形態極為複雜。煤煙型氣溶膠粒以絮狀為主，次為不規則線狀 、片板狀。水溶性氣溶膠粒子較為規則，多為球體或等軸粒狀。 2. 從簡單幾何體入手進行散射強度與方向性測量，研究幾何微體形狀、大小與散射及散射方向性的關係。採用不同波長的雷射，照射細絲等簡單幾何體，測量各方向的散射強度，並拍攝其散射圖案，獲得其散射方向性的定量描述。 3.採用不同波長的雷射照射玻璃片上的氣溶膠粒子，並用ASD連續光譜儀對單個和多個氣溶膠顆粒的散射光進行多角度測量；然後根據測量結果，從理論上推導單顆粒子散射強度及方向性函式。 4.在單個和多個氣溶膠顆粒的散射光進行多角度測量的基礎上，從理論上推導複雜氣溶膠顆粒群體散射參數的關係，並對後向散射與複雜粗顆粒群體的粒度、數濃度與散射強度及方向性的關係進行了厘定。 5. 結合衛星遙感數據的特點，初步建立了複雜氣溶膠濃度遙感反演模型。套用該模型可估算出氣溶膠粒子的立柱濃度，並可對水溶性粒子、煤煙和沙塵性粒子同時進行遙感反演，得到該三種粒子的空間分布。