能见度与大气污染

1、LOGO2021/8/141姓名：张琦姓名：张琦 学号：学号：21201405912021/8/142能见度能见度 近年来，随着城市化进近年来，随着城市化进程的推进，灰霾天气已程的推进，灰霾天气已成为一种常见环境灾害成为一种常见环境灾害污染事件。污染事件。 灰霾天气下常常伴随着能见灰霾天气下常常伴随着能见度恶化事件。能见度下降会度恶化事件。能见度下降会导致导致视野模糊不清，使交通视野模糊不清，使交通受阻，给人们的生活造成极受阻，给人们的生活造成极大不便大不便。2021/8/143主要介绍内容主要介绍内容什么是大气能见度什么是大气能见度?大气能见度下降原因？大气能见度下降原因？ 颗粒物的消光作用

2、颗粒物的消光作用颗粒物怎样影响能见度？颗粒物怎样影响能见度？能见度来源解析研究进展能见度来源解析研究进展2021/8/144什么是大气什么是大气能能见见度度？通常的能见度系指水平能见度，即指视通常的能见度系指水平能见度，即指视力正常的人在当时天气条件下，能够从力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认出的目标物天空背景中看到和辨认出的目标物( 黑黑色、大小适度色、大小适度) 最大水平距离，或夜间最大水平距离，或夜间能看到和确定出的一定强度灯光的最大能看到和确定出的一定强度灯光的最大水平距离。水平距离。能见度能见度2021/8/145能见度能见度 2. 造成造成能见度能见度下降的原因

3、下降的原因？ 能见度是一种复杂复杂的大气现象，与空气质量和气象条件密切相关，是大、中、小尺度天气系统和包括大气化学反应的空气污染过程共同作用的结果。2021/8/146能见度能见度在没有气溶胶颗粒物存在时，观察者能见度最远可以达到300km（Jacob 1999）,它只受到气体的Rayleigh散射和吸收的而影响。而在大气污染较为严重的城市，其能见度可以降低一个数量级甚至更多。那么，那么，颗粒物颗粒物是怎样影响是怎样影响能见能见度度的呢？的呢？2021/8/147 3.颗粒物的消光作用颗粒物的消光作用自20世纪 70-80 年代以来，中国已有不少学者对大气能见度进行了深入的研究。有研究表明，大

4、气污染物尤其是大气颗粒物对可见光吸收和散射所产生的消光作用是能见度降低的主要因素,可贡献城市大气总消光系数的 80%90%1。参考文献：1 陈义珍,赵 丹,柴发合,等.广州市与北京市大气能见度与颗粒物质量浓度的关系 J. 中国环境科学, 2010,31(7):967-971.颗粒物的消光作用颗粒物的消光作用2021/8/148观察者观察者目标物目标物气溶胶颗粒物气溶胶颗粒物abcd天空背景天空背景太阳辐射太阳辐射气体分子气体分子吸收散射吸收散射吸收散射气溶胶颗粒物导致能见度降低示意图气溶胶颗粒物导致能见度降低示意图消光消光 = 散射散射 + 吸收吸收 2021/8/149颗粒物的消光作用颗粒物

5、的消光作用颗粒物的数浓度颗粒物的化学组分元素碳的混合状态颗粒物化学组分的粒径分布颗粒物的吸湿增长 4.颗粒物的消光作用受到哪些因素的影响？颗粒物的消光作用受到哪些因素的影响？2021/8/1410低能见度下细低能见度下细颗粒物的个数颗粒物的个数明显增多明显增多2021/8/1411数浓度对消光数浓度对消光的影响的影响颗粒物的质量浓度与散射效率随粒径的变化颗粒物的质量浓度与散射效率随粒径的变化William C. Malm, Introduction to visibility质量浓度主要由粗粒子贡献质量浓度主要由粗粒子贡献散射消光主要由细粒子贡献散射消光主要由细粒子贡献2021/8/1412M

6、in Hu, et al. Environ. Sci. Technol. 2012, 46: 99419947颗粒物组分的颗粒物组分的粒径分布粒径分布2021/8/1413颗粒物成分与混合状态对消颗粒物成分与混合状态对消光的影响光的影响五种主要的消光成分五种主要的消光成分气溶胶混合状态气溶胶混合状态2021/8/1414相对湿度对相对湿度对消光的影响消光的影响硫酸盐的形成及吸湿增长硫酸盐的形成及吸湿增长 William C. Malm, Introduction to visibility与气象条件（湿度）有关，与气象条件（湿度）有关，硫酸盐、硝酸盐和铵盐等吸硫酸盐、硝酸盐和铵盐等吸湿长大到有

7、效消光的粒径；湿长大到有效消光的粒径；在相对湿度在相对湿度8080时，同样质时，同样质量颗粒物的消光作用是干颗量颗粒物的消光作用是干颗粒物的粒物的1.51.5倍以上。倍以上。 2021/8/1415颗粒物的消光作用颗粒物的消光作用 5.Mie散射理论及散射理论及Mie模型Mie理论可基于颗粒物微物理和化学性质的观测数据，利用 Mie模型可以计算颗粒物光学特征参数。1908 年，Gustav Mie 建立了用于解释悬浮于水中的金质颗粒物对光散射和吸收后变化色彩的复杂现象的理论，该理论名称就是“Mie 理论”3。采用 Mie 理论，可以得到颗粒物的消光、散射，以及散射光强在各个散射角度分布的解析表

8、达式。 参考文献：3 Bohren C F，Huffillan D RAbsorption & Scattering of Light by Small ParticlesNew York： John WileySons Inc，1983 2021/8/1416Mie理论假设颗粒物满足单散射条件，即：1.颗粒物总数足够少；2.颗粒物间的间距足够大；3.在任何颗粒物的周围，所有颗粒物的总散射场与外场相比很小；这样，就可以通过简单加和单个独立颗粒物的散射场来计算全部颗粒物的总散射场。总体说来，一般大气气溶胶体系是被认为满足以上假设条件的。颗粒物的消光作用颗粒物的消光作用2021/8/141

9、7对于已知数浓度粒径分布的颗粒物群，其消光，散射可以通过对所有单颗粒物的相应积分得到。而吸收系数则是其消光系数和散射系数之差。相应公式如下：消光效率消光效率斯托克斯直径斯托克斯直径折射指数折射指数数浓度数浓度消光系数消光系数颗粒物的消光作用颗粒物的消光作用2021/8/1418粒径的吸湿粒径的吸湿增长系数增长系数化学组成与化学组成与混合状态混合状态相对湿度相对湿度粒径谱分粒径谱分布布如果考虑相对湿度的影响，上述公式中会加入吸湿增如果考虑相对湿度的影响，上述公式中会加入吸湿增长因子。长因子。通常情况下，当相对湿度大于通常情况下，当相对湿度大于60%时，湿度时，湿度 会成为会成为影响消光系数的主导因素影响消光系数的主导因素2021/8/1419入射波长入射波长颗粒物的复折射指数颗粒物的复折射指数颗粒物的粒径段范围颗粒物的粒径段范围颗粒物的颗粒物的数浓度谱分布函数数浓度谱分布函数颗粒物的消光系数颗粒物的消光系数颗粒物的散射系数颗粒物的散射系数Mie模型输入参数模型输入参数Mie模型输出参数模型输出参数利用Mie理论模型计算灰霾天气下细颗粒物的消光。颗粒物的消光作用颗粒物的消光作用2021/8/1420能见度下降的来源解析能见度下降的来源解析2021/8/1421CMB模型- Mie理论的耦合模型1 1、使用、使用CMBCMB模型模型进行进行低能低能见度背景下