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相对湿度和粒子形态对海盐气溶胶粒子散射特性的影响

张学海,  戴聪明,  张鑫,  魏合理,  朱希娟,  马静

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张学海, 戴聪明, 张鑫, 魏合理, 朱希娟, 马静. 相对湿度和粒子形态对海盐气溶胶粒子散射特性的影响[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(8): 809002-0809002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0809002
引用本文: 张学海, 戴聪明, 张鑫, 魏合理, 朱希娟, 马静. 相对湿度和粒子形态对海盐气溶胶粒子散射特性的影响[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(8): 809002-0809002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0809002
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Zhang Xuehai, Dai Congming, Zhang Xin, Wei Heli, Zhu Xijuan, Ma Jing. Effect of relative humidity and particle shape on the scattering properties of sea salt aerosols[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(8): 809002-0809002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0809002
Citation: Zhang Xuehai, Dai Congming, Zhang Xin, Wei Heli, Zhu Xijuan, Ma Jing. Effect of relative humidity and particle shape on the scattering properties of sea salt aerosols[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(8): 809002-0809002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0809002
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相对湿度和粒子形态对海盐气溶胶粒子散射特性的影响

doi: 10.3788/IRLA201948.0809002
  • 1.

    河南工业大学 信息科学与工程学院,河南 郑州 450001;

  • 2.

    中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031;

  • 3.

    北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室,北京 100854

基金项目: 

国防基础科研计划项目（JCKY2016204C602）;装备预先研究项目（41416020204）;河南省科技攻关项目（182102310999）;省属高校基本科研业务经费专项资金项目青年支持计划（2017QNJH02）;河南工业大学高层次人才科研启动基金项目（2017BS026）

详细信息
    作者简介:

    张学海(1987-),男,讲师,博士,主要从事大气气溶胶光学特性方面的研究。Email:zhangxuehai2012@163.com

    通讯作者: 魏合理(1965-),男,研究员,博士生导师,博士,主要从事红外辐射大气传输、卷云红外辐射特性方面的研究。Email:hlwei@aiofm.ac.cn

  • 中图分类号: P40;O43

Effect of relative humidity and particle shape on the scattering properties of sea salt aerosols

  • 1.

    School of Information Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China;

  • 2.

    Key Laboratory of Atmospheric Composition and Optical Radiation,Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China;

  • 3.

    Science and Technology on Optical Radiation Laboratory,Beijing Institute of Environmental Features,Beijing 100854,China

  • 摘要: 根据海盐粒子在不同相对湿度条件下的不同形态，分别建立了低湿度（RH=0%）、中湿度（RH=50%）和高湿度（RH=95%）三种条件下海盐立方体和球形粒子模型。利用离散偶极子近似法（DDA）、Mie散射理论研究了相对湿度和粒子形态对海盐散射的特性影响，采用离散坐标法（DISORT）研究了相对湿度和粒子形态对海盐特性的影响。结果表明：相对湿度和粒子形态对海盐散射特性影响较大，不同相对湿度条件下，海盐气溶胶粒子由于相态不同，呈现出不同的特性。中湿度条件下，粒子形状因子对海盐散射辐射特性的影响更强。当光学厚度较小时，球形-立方体海盐气溶胶的双向反射分布函数（BRDF）相对差异超过15%，在研究海盐气溶胶散射辐射特性时，需同时考虑相对湿度和粒子形态的影响；当光学厚度较大时，相对差异不超过5%，一定精度范围内，可采用等效球方法进行模拟计算。研究结果对于大气气溶胶散射和辐射传输理论及应用研究具有重要的参考价值。
    Abstract: According to the hygroscopic characteristics and different forms of sea salt particles in different relative humidity conditions, the models of sea salt particles under three conditions were established:low humidity(RH=0%), medium humidity(RH=50%), high humidity(RH=95%). Influence of relative humidity and particle morphology on the scattering characteristic of sea salt was studied by discrete dipole approximation (DDA) method. Influence of relative humidity and particle morphology on the scattering and radiation characteristic of sea salt was studied by DDA method, Mie scattering theory and Discrete Ordinate Method Radiative Transfer (DISORT) method. The results show that relative humidity and particle morphology have great influence on the scattering characteristics of sea salt particles. Under medium relative humidity, the scattering and radiative transfer characteristics of the sea salt aerosol are more sensitive to particle shape. When the optical thickness is equal to 0.1, the relative difference of BRDF of spherical-cubic sea salt model can be more than 15%, the effect of relative humidity and particle morphology must be taken into account when studying the scattering and radiation transfer properties of sea salt aerosol. With the increase of optical thickness, the relative difference of BRDF decreases, when the optical thickness is greater than 1, the relative difference of BRDF is less than 5%, the equivalent sphere method can be used to simulate calculation within a certain precision range. These findings have important implications to the theory and application of atmospheric aerosol scattering and radiation transfer.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-15
  • 修回日期:  2019-04-25
  • 刊出日期:  2019-08-25

相对湿度和粒子形态对海盐气溶胶粒子散射特性的影响

doi: 10.3788/IRLA201948.0809002
  • 1. 河南工业大学 信息科学与工程学院,河南 郑州 450001;
  • 2. 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031;
  • 3. 北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室,北京 100854
    • 作者简介:

    张学海(1987-),男,讲师,博士,主要从事大气气溶胶光学特性方面的研究。Email:zhangxuehai2012@163.com

    通讯作者: 魏合理(1965-),男,研究员,博士生导师,博士,主要从事红外辐射大气传输、卷云红外辐射特性方面的研究。Email:hlwei@aiofm.ac.cn
  • 收稿日期: 2019-03-15
  • 修回日期: 2019-04-25
  • 刊出日期: 2019-08-25
基金项目:

国防基础科研计划项目（JCKY2016204C602）;装备预先研究项目（41416020204）;河南省科技攻关项目（182102310999）;省属高校基本科研业务经费专项资金项目青年支持计划（2017QNJH02）;河南工业大学高层次人才科研启动基金项目（2017BS026）

  • 中图分类号: P40;O43

摘要: 根据海盐粒子在不同相对湿度条件下的不同形态，分别建立了低湿度（RH=0%）、中湿度（RH=50%）和高湿度（RH=95%）三种条件下海盐立方体和球形粒子模型。利用离散偶极子近似法（DDA）、Mie散射理论研究了相对湿度和粒子形态对海盐散射的特性影响，采用离散坐标法（DISORT）研究了相对湿度和粒子形态对海盐特性的影响。结果表明：相对湿度和粒子形态对海盐散射特性影响较大，不同相对湿度条件下，海盐气溶胶粒子由于相态不同，呈现出不同的特性。中湿度条件下，粒子形状因子对海盐散射辐射特性的影响更强。当光学厚度较小时，球形-立方体海盐气溶胶的双向反射分布函数（BRDF）相对差异超过15%，在研究海盐气溶胶散射辐射特性时，需同时考虑相对湿度和粒子形态的影响；当光学厚度较大时，相对差异不超过5%，一定精度范围内，可采用等效球方法进行模拟计算。研究结果对于大气气溶胶散射和辐射传输理论及应用研究具有重要的参考价值。

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