黑碳气溶胶光学特性数值模拟研究

摘要

黑碳气溶胶在全球和区域气候中起着重要作用，然而其光学特性仍然存在不确定性。实际的黑碳粒子为复杂的非球形结构，但由于模拟的限制，大多黑碳光学特性的数值研究将其假设为球形，得到的光学特性与实际存在一定差别。本文数值地研究黑碳气溶胶的非球形形状和复杂内混结构对其光学特性的影响。
　　对于未混合的情况，利用分型聚合体表示大气中的黑碳气溶胶粒子，不同的分型维度决定了不同分型聚合体的形状，同时建立与分型聚合体等体积的球形、椭球形模型，运用MSTM方法模拟分型聚合体模型的光学特性，Mie散射模拟球形模型、T-矩阵方法计算椭球形模型的光学特性并对0.35μm，0.55μm和0.88μm入射波长下不同形状的黑碳气溶胶体光学特性进行比较。结果表明，即使分型聚合体为十分紧凑的近似球形，球形模型和椭球形模型光学特性的结果仍然与分型聚合体模型结果有明显误差，因此，在气候模式模拟中，用球形模型结果代替大气中真实黑碳气溶胶的光学特性是存在问题的。同时，发现入射波长和分型维度也是影响黑碳气溶胶光学特性的两个重要因子。此外，评估了(A)ngstr(o)m指数对黑碳气溶胶形状和尺度分布的敏感性，发现消光(A)ngstr(o)m指数和吸收(A)ngstr(o)m指数对形状和尺度分布都很敏感。
　　对于老化混合后的黑碳气溶胶，本文建立了一个理想的非球形内混模型并通过数值模拟的方式准确研究混合后黑碳气溶胶的光学特性。该模型用分型聚合体模型表示黑碳气溶胶粒子，并假设非吸收的混合物质为球形，为了提高计算效率，模型中将与混合球形模型发生重叠的单体移至球形模型外部，避免重叠情况的发生，从而可以继续使用计算效率较高的MSTM算法模拟其光学特性。讨论了入射波长为0.55μm时与非吸收性气溶胶混合的黑碳的光学特性，发现非吸收性的混合物质使黑碳气溶胶的消光和吸收明显增强，尤其是吸收可以强于未混合时的三倍以上。此外还发现混合的体积和相对位置同样是两个影响黑碳气溶胶光学特性的重要因素，需要在今后的研究中重点关注。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究进展

1．3 研究内容及意义

第二章 非球形黑碳及其光学特性

2．1 分型聚合体

2．2 气溶胶体散射特性

2．3 非球形黑碳粒子光学特性的数值模拟

第三章 非球形黑碳气溶胶的光学特性(未混合)

3．1 黑碳气溶胶模型及参数的选择

3．2 未混合黑碳气溶胶的体光学特性

3．3 黑碳气溶胶?ngstr?m指数的模拟

3．4 本章小结

第四章 内混黑碳溶胶光学特性的影响

4．1 混合模型的建立

4．2 混合结构对黑碳气溶胶光学特性的影响

4．3 混合后黑碳气溶胶的体光学特性

4．4 本章小结

第五章 结论和讨论

5．1 主要结论

5．2 本文特色

5．3 论文存在的不足与展望

致谢

参考文献

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