灰霾等高浓度气溶胶中主要污染物粒子散射特性的研究

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1、赚拓种藏峡著圍硕±学位论文Ｉ參Ｉｋ灰霸等高浓度气溶胶中主要污染物粒子散射特性的研究作者姓名王东琴指导教师姓名、职称徐强副教搜申请学位类别理学硕±Ｉ西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明東承学校严谋的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加抖标注和致谢中所罗列的内容Ｗ外，论文中不包貪其他人已经发表或撰写过的硏究成萊；也不包含一为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或

2、证巧而使用过的材料。与我同工作的同志対本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论义若有不实么处，本人承担切法律责任。、、本人签名：主奔＾日期：、！２化西安电子科技大学关于论文使用授权的说巧本人完全了解西安电子科技火学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究化甚校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安化子科技大学，学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文学校可ｙ■，允许采；公布论文的全部或部分内容用影印、缩印或莫它复制手段保存论文。问时本人

3、保证１获得学位后结合学位论文研，署名单位为西安电子科技大学究成果撰写的文章。保澄的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：．乂未裘导师签名：＾東口日期：之化，／之，口期：处化＇／ｉ、／方学校代码10701学号1307122515分类号O432.1密级公开西安电子科技大学硕士学位论文灰霾等高浓度气溶胶中主要污染物粒子散射特性的研究作者姓名：王东琴一级学科：物理学二级学科：光学学位类别：理学硕士指导教师姓名、职称：徐强副教授学院：物理与光电工程学院提交日期：2015.12StudyonS

4、catteringCharacteristicsofMainPollutantParticlesinHazeandOtherHighConcentrationofAtmosphericAerosolAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinPhysicsByWangDongqinSupervisor:XuQiangAssociateprofessorDecember2015摘

5、要摘要随着经济规模不断扩大，城市化节奏越来越快，汽车数量大规模增加，人类生产活动造成细粒子气溶胶污染现象不断加重，灰霾天气日益增加，在国内存在四个灰霾现象较为严重的地域：京津唐地区、四川盆地、珠三角以及长江三角洲地域，表现出产生频率逐渐增加、成霾面积不断扩大的特征。像北上广等地，全年不止1/3天数都是灰霾天气，更有甚者超过一半。而面对细粒子本身体积小、质量轻、较难沉降和滤除的特点，沙尘、灰霾等大气浑浊现象很难得到有效控制。因此，人类的生存生活和地球气候环境严重受到影响，为此对灰霾、沙尘等高浓度气溶胶的研究成为目前讨论

6、的热点，引起了科学界高度重视。本文主要从以下几个方面讨论了灰霾等高浓度气溶胶条件下的有关散射传输问题的研究进展；(1)大气气溶胶粒子的物理光学特性；(2)粒子吸湿变化对粒子散射传输的影响；(3)气溶胶偏振反射特性；(4)地气间多次散射问题，高浓度气溶胶条背景下矢量辐射传输建模的研究。同时，由于大气气溶胶对光线有散射和吸收作用，其消光效应直接影响大气的能见度，相关的散射理论有：瑞利散射，米散射，以及非球形粒子的T矩阵方法和DDA理论等等。+-2-灰霾发生时微粒(D<2.5μm)中水溶性离子NH4、NO3和SO4的浓度远

7、大于正常天气，它们是PM2.5的主要化学成分，主要以铵盐的形式存在。这些高浓度的铵盐有利于生成二次颗粒物，造成能见度低下，促使灰霾形成，因此，灰霾期间颗粒物较非灰霾日偏酸性，除此之外，元素碳和有机碳也会促成灰霾的形成。而PM2.5化学成分受地域和污染源的影响会产生很大差异,目前含量较多的成分是硫酸铵，硫酸，硝酸铵和碳质气溶胶粒子等。因此，本文主要以上述气溶胶粒子为研究对象，分别以Mie理论和T矩阵方法研究了对应组分的单个球形粒子和非球形粒子的散射特性，非球形微粒形状主要包括椭球形（长短轴比为1/2,1/3,2/1），

8、圆柱形（直径与长度比为1/2,1/3,2/1）和切比雪夫形（其多项式n=2，形变参数为-0.1和0.1）三种。重点分析了对应粒子的消光、散射和吸收效率因子随尺度参数的变化，以及散射相函数随散射角的变化特性。研究表明，硫酸铵、硫酸和硝酸铵粒子主要以散射作用为主，而碳质气溶胶则呈现很强的吸收效应，而且非球形微粒的各效率因子和球形的差异变化呈现先增后