大气气溶胶中碳黑团聚物形态影响光散射特性的数值分析

摘要

碳黑气溶胶能够吸收太阳辐射，降低大气能见度，造成温室效应，它对太阳辐射的吸收和散射作用已经成为影响环境和气候变化的非常重要的因素。随着对碳黑气溶胶环境效应认识的深入，已有不少学者将碳黑气溶胶作为环境问题的一个重要方面进行了研究。其中对碳黑气溶胶光散射特性问题进行的分析，为大气环境监测、气候预测和气溶胶浓度检测等领域提供关键的理论分析依据。
　　本文基于簇团-簇团凝聚模型、T矩阵、有效介质理论和Mie理论等模型，对大气环境中碳黑团聚物的散射特性进行计算，并对光吸收、散射系数的变化情况进行分析。针对均质的碳黑团聚物，利用簇团-簇团凝聚模型模拟碳黑团聚物的形态特征，采用T矩阵对不同分形参数碳黑团聚物的散射特性进行计算，并分析形态变化对吸收、散射系数的影响情况；针对处于大气相对湿度较高环境中的碳黑气溶胶，利用Maxwell-Garnett有效介质理论结合T矩阵（MG-T）理论对碳黑团聚物随相对湿度变化时的散射特性进行计算，分析吸收、散射系数随碳黑粒子体积分数的变化规律；针对非均质碳黑团聚物，利用Maxwell-Garnett理论对混合物的等效光学常数进行计算，采用T矩阵对外部混合情况下碳黑团聚物的散射特性进行计算，以双层Mie理论和MG-T理论为基础，计算内部混合情况下碳黑团聚物的散射特性，分析两种混合情况下碳黑团聚物吸收、散射系数随体积分数的变化规律。结果表明，碳黑团聚物光散射特性随分形形态、大气相对湿度和杂质掺混状态的改变而变化，且分形参数、大气相对湿度、混合成分粒径越大，团聚物的光散射特性值越大。碳黑团聚物形态的变化，对团聚物光散射特性的影响不可忽略。深入分析碳黑团聚物的光散射特性，可以为检测碳黑气溶胶浓度提供的理论计算依据。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究目的和意义

1.2 国内外研究概况

1.3主要研究内容

第2章 碳黑团聚物散射特性计算模型

2.1 Maxwell-Garnett理论

2.2微粒凝聚理论模型

2.3 T矩阵模型基本理论

2.4 本章小结

第3章 碳黑团聚物形态对散射特性影响分析

3.1分形维数、前因子对碳黑团聚物形态的影响

3.2碳黑团聚物形态对散射特性影响分析

3.3 团聚物形态对吸收、散射系数的影响分析

3.4 本章小结

第4章 相对湿度对碳黑团聚物散射特性影响分析

4.1碳黑溶胶粒子散射特性计算分析

4.2相对湿度对碳黑团聚物吸收、散射系数的影响分析

4.3 本章小结

第5章 碳黑团聚物与杂质混合时散射特性分析

5.1碳黑团聚物与杂质外部混合时的散射特性、吸收系数分析

5.2杂质与碳黑团聚物内部混合的散射特性、吸收系数分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢