气溶胶光学厚度谱特征判断粒子大小方法初探

中国地区大气溶胶光学厚度的遥感研究的开题报告一、研究背景及意义：中国的大气污染问题已经引起了国内外的广泛关注。

大气污染的主要成分之一就是大气溶胶。

大气溶胶是指在大气中悬浮的微小颗粒物质，它们来源于自然和人类活动，包括灰尘、烟、雾、大气形成的气溶胶等等。

大气溶胶的存在不仅会影响人类的健康，还会对气候产生重要的影响。

测量大气溶胶光学厚度是刻画大气污染程度的一个重要指标。

通常通过遥感技术获取大气溶胶光学厚度信息。

这个技术实现的关键在于遥感卫星的载荷需具备高分辨率、高灵敏度、高精度等特性。

二、研究目标：本研究旨在利用卫星遥感技术获取中国地区大气溶胶光学厚度信息，并结合地面站点观测数据，分析其时空分布特征。

三、研究内容：1. 通过对遥感卫星测量数据进行处理，获取中国地区的大气溶胶光学厚度信息；2. 结合地面观测数据，分析大气溶胶光学厚度的时空分布特征；3. 对大气溶胶光学厚度与气象条件、环境等因素的关系进行探讨；4. 研究中国地区大气溶胶光学厚度的变化趋势及其对气候的影响。

四、研究方法：1. 利用MODIS、Landsat等遥感卫星数据获取大气溶胶光学厚度信息，并进行数据预处理；2. 对预处理后的数据进行质量控制，去除异常点和噪声；3. 利用统计学、空间差值等方法进行数据分析和处理；4. 利用GIS软件制作大气溶胶光学厚度的时空分布图和趋势分析图。

五、研究成果：1. 获取中国地区大气溶胶光学厚度时空分布特征；2. 分析大气溶胶光学厚度与气象条件、环境等因素的关系；3. 揭示大气溶胶光学厚度的变化趋势及其对气候的影响；4. 发表学术论文或者撰写技术报告。

六、预期结果：本研究的结果有助于更好地了解中国地区大气污染状况，为环境保护部门提供科学依据，同时也有助于提高遥感技术在大气环境监测中的应用。

气溶胶光学特性的遥感反演方法研究随着现代工业的发展，气溶胶污染越来越严重，对健康和环境都造成了一定的威胁。

因此，研究气溶胶的成分、分布和浓度等信息非常重要。

然而，气溶胶是一种难以直接观测的微观物质，因此需要借助遥感技术来间接获取其光学特性参数。

一、气溶胶的光学特性参数气溶胶是一种分散的、非晶态的固体或液体颗粒，在大气中存在各种形态和尺寸的气溶胶。

气溶胶的光学特性参数描述了气溶胶与光的相互作用过程，是遥感反演中常用的参数。

其中，主要包括以下几个参数：1、气溶胶光学厚度（AOD）：气溶胶吸收和散射光线的总量，是描述大气混浊程度的重要物理量。

AOD是从地球表面或航空器上通过大气光学成像设备获取的数据，用于确定大气中气溶胶物质的分布和浓度，是气溶胶遥感研究的重要参量。

2、气溶胶光学直径（AOD）：描述气溶胶的尺寸大小。

它是气溶胶颗粒输运和沉积的重要参数，通过对气溶胶粒子在大气中的运动轨迹和捕获的数据进行分析，可以对大气环境和气象变化有一个更为详细的描述。

3、吸收光学深度（AODa）：描述气溶胶吸收光线的数量。

与AOD类似，吸收光学深度是反映大气透射光谱特性的重要参数，可以用来识别气溶胶吸收谱线的特征。

二、气溶胶遥感反演方法研究气溶胶遥感反演方法是利用观测数据来估算，或者从遥感影像数据中直接提取气溶胶光学特性参数的一种方法。

气溶胶遥感反演方法分为直接反演和间接反演两种，其中直接反演要求观测系统直接测量气溶胶光学特性参数，而间接反演则是利用以反向模型等方法来从观测数据中估算气溶胶光学特性参数。

1、直接反演直接反演方法直接从遥感图像中提取气溶胶光学特性参数，是一种比较常见的气溶胶遥感反演方法。

直接反演的关键是选择适当的算法和模型来计算气溶胶光学参数，其中多数算法需要大量的样本数据来进行训练和验证。

2、间接反演间接反演方法是以气溶胶吸收、散射和透射光度为基础，从多角度、多波段的卫星遥感图像中提取吸收、散射和透射光度，进而估算AOD等光学特性参数。

瓦里关地区气溶胶光学厚度的观测研究吴昊;刘鹏;王剑琼;王宁章;李宝鑫【摘要】文章利用中国大气本底基准观象台(CGAWBO)瓦里关基地2009年9月至2010年8月的CE-318全自动跟踪太阳光度计观测资料,分析了该地区气溶胶光学厚度(AOD)的变化特征和Angstrom指数分布规律.瓦里关AOD具有早晚出现双峰值的日变化规律,季节变化中春季出现最大值,夏天受降水等影响波动较大但平均值最低.春季黑碳气溶胶浓度也出现最高值,表明瓦里关春季受人为排放的影响最明显,瓦里关地区的AOD日变化与能见度的变化相关性较好.【期刊名称】《青海环境》【年(卷),期】2017(027)001【总页数】6页(P39-44)【关键词】瓦里关;AOD;能见度;变化特征【作者】吴昊;刘鹏;王剑琼;王宁章;李宝鑫【作者单位】中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001;中国大气本底基准观象台,青海西宁 810001【正文语种】中文【中图分类】X16大气气溶胶通过对太阳辐射的吸收和散射改变地—气系统的能量收支[1]。

气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)是指整层气溶胶的消光系数在垂直方向上的积分，是描述气溶胶对太阳辐射衰减作用的一个重要光学参数。

它可用来推算气溶胶含量，进而评价大气污染程度，以及研究气溶胶气候效应[2]。

大气中各种粒子对可见光的吸收和散射，也会造成能见度的下降。

能见度的器测原理正是将大气消光系数与能见度联系起来，通过计算一定路径上的大气消光系数来确定能见度[3] 。

人们采用不同的方法或手段来研究AOD的时空分布等特征，王跃思等[4]利用CERN太阳分光观测网分析了 2004～2005 年中国典型地区大气气溶胶的光学厚度;刘玉杰等[5]、刘晓云等[6]利用太阳光度计分别对西北地区银川、敦煌沙尘气溶胶的光学厚度进行反演和研究;Xin[7]等研究了Angstrom 波长指数等光学特性及其时空分布状况;Fan等[8]利用 AERONET(美国国家宇航局(NASA)在全球建立的气溶胶观测网络，主要是利用CE-318太阳光度计在全球范围内获取具有区域代表性的气溶胶光学特性参数)分析了北京地区气溶胶光学厚度和波长指数的季节变化;杨琨等[9]研究了1999～2003年我国气溶胶光学厚度的变化特征；Eck等[10]利用多年 AERONET 观测数据研究了亚洲东部的中国、蒙古、韩国等地区气溶胶光学特性及时空分布特征。

利用MODIS资料反演北京及其周边地区气溶胶光学厚度的方法研究一、概括本文针对北京及其周边地区的气溶胶光学厚度（AOD）进行了研究，探讨了利用MODIS（MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer）资料反演AOD的方法。

气溶胶是大气中粒径小于或等于微米的颗粒物，对环境、气候和人类健康具有重要影响。

AOD 是衡量气溶胶光学特性的重要参数，可反映气溶胶的分布、浓度和谱分布等信息。

文章首先介绍了大气气溶胶的基本概念和重要性，然后分析了几种常见的MODIS AOD反演方法，包括辐射传输模型（ATM）、神经网络模型、经验统计方法和遥感影像融合技术。

对这些方法进行了简要评述，并提出了研究中需要解决的关键问题和技术难点。

通过实际观测数据和对比分析，验证了所提出方法的准确性和可行性。

1.1 研究背景与意义随着社会的快速发展，大气污染问题日益凸显，尤其是气溶胶粒子的污染。

气溶胶粒子不仅影响太阳辐射的吸收和散射，还对人类健康、气候变化等产生重要影响。

准确、实时地了解大气气溶胶光学厚度（AOD）对于大气污染监测、气候变化研究和环境评估具有重要意义。

遥感技术在大气污染监测领域得到了广泛应用，尤其是利用MODIS（MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer）数据反演气溶胶光学厚度。

MODIS是 NASA 下属的地球观测与地球系统实验室（EOS），具有高时间分辨率和高空间分辨率的遥感数据。

通过 MODIS 数据反演气溶胶光学厚度，可以为政府和相关部门提供有力的决策支持。

北京及其周边地区作为中国的政治、经济和文化中心，以及重要的交通枢纽，大气污染物排放量大，气溶胶光学厚度时空变化复杂。

研究该地区气溶胶光学厚度的分布特征、影响因素及其对大气污染的影响，对于深入理解区域大气污染机制、制定科学合理的大气污染治理措施具有重要意义。

1.2 MODIS资料的特点与优势高时间分辨率：MODIS数据具有一天内多次更新的潜力，为捕捉气溶胶光学厚度的变化提供了便利。

东中国海海域气溶胶特征及光学厚度反演算法研究的开题报告一、研究背景及意义气溶胶是指悬浮在大气中的微小颗粒物，包括沙尘、烟雾、颗粒物等，对空气质量和气候变化等方面产生重要影响。

东中国海地区的气溶胶来源多样，有重工业、交通、农业等。

近年来，随着经济的发展和人类活动的增加，这些污染源不断增多，使得东中国海地区的气溶胶污染问题日益突出，给生态环境和人类健康带来了巨大危害。

因此，对东中国海地区的气溶胶特征及光学厚度反演算法研究具有重要的科学意义和现实意义。

正确掌握东中国海地区气溶胶的污染程度和来源的特点，可以为制定生态环保政策、改善空气质量和人类健康提供重要依据。

二、研究内容及方法本研究将采用现场观测、遥感和数值模拟相结合的方法，研究东中国海地区气溶胶的光学性质及污染特征，并设计适用于该区域的气溶胶光学厚度反演算法。

1.现场观测部分在东中国海地区的主要城市和污染源地设置气溶胶测量点，利用颗粒物采样器、激光颗粒物计数器等仪器，获取气溶胶的物理和化学特征，包括颗粒物分布、粒径分布、组成、浓度等信息。

利用这些数据，分析气溶胶来源特征和变化规律。

2.遥感部分采用MODIS、MISR等遥感卫星数据获取东中国海地区的气溶胶光学厚度及其时空分布特征。

结合现场观测数据，分析气溶胶的污染特征和来源情况。

3.数值模拟部分选取合适的数值模式，并利用模式仿真技术，在东中国海地区对气溶胶的浓度分布、属性特征、来源等进行模拟和预测。

通过比较现场观测数据和模拟结果，验证数值模拟的准确性，并预测东中国海地区气溶胶的发展趋势。

4.光学厚度反演算法部分根据现场观测和遥感卫星数据分析的结果，针对东中国海地区的气溶胶光学特性和影响因素，设计适用于该区域的气溶胶光学厚度反演算法。

并利用遥感卫星数据进行算法检验。

三、研究计划1.前期工作（2021.9-2022.2）确定研究方向和方法，了解国内外研究现状和发展趋势，编写开题报告和研究计划。

2.实验观测（2022.3-2022.8）在东中国海地区的主要城市和污染源地建立气溶胶监测点，收集、记录、分析观测数据，统计污染等级。

大连市气溶胶光学厚度与PM2.5相关性分析发布时间：2022-03-05T07:52:54.825Z 来源：《探索科学》2021年11月上21期作者：宋秀瑜1刘广强1周龙1钟博1 宋钰敏2 [导读] 本文通过对大连市2015~2018年夏秋两季的气溶胶光学厚度（AOD）数据与PM2.5质量浓度数据的相关性分析得出结论：大连市气溶胶光学厚度AOD数据与PM2.5质量浓度数据存在一定的相关关系，能够有效地利用气溶胶光学厚度（AOD）反演PM2.5质量浓度，为当地开展大气气溶胶治理工作提供参考。

1.大连市气象装备保障中心宋秀瑜1刘广强1周龙1钟博1 1160002.大连市气象局宋钰敏2 116000摘要：本文通过对大连市2015~2018年夏秋两季的气溶胶光学厚度（AOD）数据与PM2.5质量浓度数据的相关性分析得出结论：大连市气溶胶光学厚度AOD数据与PM2.5质量浓度数据存在一定的相关关系，能够有效地利用气溶胶光学厚度（AOD）反演PM2.5质量浓度，为当地开展大气气溶胶治理工作提供参考。

关键词：大连市；气溶胶光学厚度；PM2.5；相关性引言气溶胶主要表示的是悬浮在气体介质中的固态亦或者液态颗粒所构成的气态分散系统，具备胶体的性质，物理直径范围处于0.001μm~100μm范围内，直径不足10μm的可吸入颗粒物PM10以及直径小于2.5μm的细颗粒物。

PM2.5对人们身体会造成非常大的危害，近些年，国内许多大城市频繁发生的雾霾天气，其中一个非常重要的原因便便是气溶胶颗粒的增加所造成的。

气溶胶光学厚度（AOD）主要反映了气溶胶对光的衰减作用，同时还能够展现气溶胶的信息[1]。

气溶胶光学厚度（AOD）是对大气环境以及全球气候近些研究的重要因子，同时还是对大气环境变化、气溶胶辐射气候效应进行分析的重要指标。

现如今，全球范围内大气气溶胶的光学厚度能够借助于卫星数据反演获取，从而得到准确的气溶胶光学厚度的时间分布和空间分布[2]。

大气中气溶胶粒径和浓度特征分析大气中的气溶胶既是大气污染的重要组成部分，也与气候变化密切相关。

气溶胶通常由固体或液体微粒组成，来源于自然和人为的物质排放，如火山喷发、工业排放以及交通运输尾气等。

气溶胶粒径和浓度特征的分析对于了解大气污染的来源和演化过程，以及其对健康和环境的影响具有重要意义。

一、气溶胶粒径特征分析气溶胶粒径大小对其在大气中的输送和沉降过程、对光线的散射和吸收等各方面产生直接影响。

根据粒径大小，气溶胶分为可见光范围内的大于0.1微米的粗颗粒和小于0.1微米的细颗粒。

细颗粒通常包括了超细颗粒和凝聚核。

由于气溶胶颗粒的物理和化学性质与粒径有关，因此分析气溶胶粒径特征可以帮助我们深入了解气溶胶的来源和影响。

目前，常用的气溶胶粒径监测手段主要包括激光粒度仪、电子显微镜和扫描电子显微镜等。

激光粒度仪采用多个激光器和光散射原理，可精确测量气溶胶粒径的分布情况。

电子显微镜和扫描电子显微镜则通过对气溶胶进行采样和显微镜观察，进一步研究气溶胶的粒径、形态和成分等。

这些手段的应用，使得研究者能够全面地了解气溶胶颗粒的大小和分布特征。

二、气溶胶浓度特征分析气溶胶的浓度是指单位体积空气中所含的气溶胶质量或数量，通常用微克/立方米（μg/m³）或微米/立方米（μm/m³）来表示。

气溶胶的浓度变化与气象条件、时间尺度和污染源的排放等有关。

因此，分析气溶胶浓度特征对于揭示其产生机制和影响因素具有重要意义。

现代大气监测中，常用的方法包括质量监测和计数监测。

质量监测主要通过收集气溶胶样品，使用质量分析仪器测定气溶胶中的质量浓度；计数监测则通过粒子计数器等设备，对气溶胶中的粒子数量进行实时记录。

这些方法能够提供气溶胶质量和数量的测量数据，对于研究气溶胶的变化趋势和空间分布具有重要意义。

三、气溶胶粒径和浓度的关系气溶胶的粒径和浓度特征之间存在密切的关系。

通常情况下，气溶胶粒径越小，单位体积内的颗粒数量就越多，从而使得气溶胶的浓度增加。

《MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM10监测方面的应用研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，空气质量问题日益突出，其中颗粒物（PM）污染成为关注的焦点。

PM10作为颗粒物污染的重要指标之一，其浓度的准确监测对于环境保护和公众健康具有重要意义。

传统的地面PM10监测方法虽然具有一定的准确性，但存在空间覆盖范围小、成本高等问题。

近年来，遥感技术为大气颗粒物监测提供了新的手段。

本文旨在研究MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM10监测方面的应用，以期为提高PM10监测的准确性和效率提供参考。

二、MODIS气溶胶光学厚度产品简介MODIS（中分辨率成像光谱仪）是搭载在卫星上的遥感仪器，可以获取大气、陆地、海洋等多种信息。

其中，MODIS气溶胶光学厚度产品是利用卫星遥感技术获取的气溶胶的光学特性参数，能够反映大气中气溶胶的浓度和分布情况。

该产品具有空间覆盖范围广、时间分辨率高、成本低等优点，为大气颗粒物监测提供了新的手段。

三、MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM10监测中的应用1. 数据获取与处理本研究首先获取了MODIS气溶胶光学厚度产品和地面PM10监测数据。

通过对MODIS数据进行辐射定标、大气校正等预处理，提取出气溶胶光学厚度信息。

同时，对地面PM10监测数据进行整理和分析，为后续研究提供数据支持。

2. 相关性分析通过对MODIS气溶胶光学厚度产品和地面PM10监测数据进行相关性分析，发现两者之间存在显著的正相关关系。

表明MODIS气溶胶光学厚度产品可以反映地面PM10的浓度变化情况，具有一定的监测和预报能力。

3. 模型构建与应用基于相关性分析结果，本研究构建了MODIS气溶胶光学厚度产品与地面PM10浓度的回归模型。

通过模型训练和验证，发现该模型具有较高的预测精度和稳定性。

将该模型应用于实际监测中，可以实现对地面PM10浓度的快速、准确监测。

四、结果与讨论本研究结果表明，MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM10监测方面具有较高的应用价值。

MODIS气溶胶光学厚度反演的西安市颗粒物浓度研究郑俊;杨志强;张凯南;高旺旺【摘要】利用Terra卫星携带的传感器MODIS卫星遥感数据,基于暗像元法反演具有1 km分辨率的气溶胶光学厚度(AOD)产品,并进行精度对比验证工作.再利用ECMCF分析资料中的边界层厚度和相对湿度分别进行垂直订正和湿度订正,建立MODIS气溶胶光学厚度与地面颗粒物浓度间的关系模型.实验选取陕西省西安市为研究区域,获取西安地区2017年气溶胶分布图及AOD与颗粒物浓度的关系模型.结果表明:MOD02反演结果与NASA提供的MOD04气溶胶产品具有很高的一致性,相关系数达到0.88,具有非常显著的相关性;MODIS光学厚度与地面PM2.5、PM10浓度的直接相关性较差,经过湿度订正与垂直订正后得到的相关性进一步提高,相关系数达到0.71、0.62,可用于估算地面颗粒物浓度并监测区域环境空气质量.【期刊名称】《测绘工程》【年(卷),期】2018(027)012【总页数】6页(P19-23,30)【关键词】MODIS;大气颗粒物浓度;垂直订正;暗像元反演;湿度订正;气溶胶光学厚度【作者】郑俊;杨志强;张凯南;高旺旺【作者单位】长安大学地质工程与测绘学院 ,陕西西安 710054;长安大学地质工程与测绘学院 ,陕西西安 710054;长安大学地质工程与测绘学院 ,陕西西安710054;长安大学地质工程与测绘学院 ,陕西西安 710054【正文语种】中文【中图分类】P228大气气溶胶是指大气中的固体和液体微粒与气体载体共同组成的多相体系，大气气溶胶可以影响地球的辐射收支平衡和温室气体的浓度和分布，同时气溶胶的大量存在会严重污染大气质量进而影响人类健康[1-2]。

气溶胶作为大气辐射和大气光学中的重要物理量，一定程度上表征了整层大气中颗粒物的浓度和光学特性。

流行病学研究表明，PM10或PM2.5浓度(空气动力学直径分别小于10 μm或2.5 μm)与公共疾病、呼吸系统疾病和心血管疾病死亡率密切相关，PM浓度已成为衡量大气污染程度的重要指标，受到世界各国环保、卫生、科学等行政管理部门的重视。

气溶胶颗粒物物貌特征、分类及辨别方法近年来，随着城市化进程的加快、人们生活水平的提高，大气污染问题越来越受到人们的关注。

其中，气溶胶对一系列大气污染问题贡献很大，国际、国内的学者对气溶胶颗粒的研究也越发深入。

本文介绍了电镜仪器的实验原理及方法，和对气溶胶粒子的电镜分析研究总结和归纳。

根据电镜图像可将气溶胶颗粒物分为六种：烟尘颗粒物(soot aggregates)、球形粉煤灰颗粒物（spherical fly ash）、矿物颗粒物（mineral particles）、有机颗粒物（organic particles）、金属颗粒物（metal particles）和复杂的二次大气反应形成的颗粒物（complex secondary particles），每个类型的气溶胶颗粒物有特定的物理化学特征，这些特征对研究气溶胶源有重要作用。

并以北京地区一次棕霾天气过程为例，进行对该地区气溶胶颗粒物的归纳和总结。

关键词：气溶胶颗粒物；透射电镜；扫描电镜；单颗粒物分析第一章引言气溶胶，又称气胶、烟雾质，是指固体或液体微粒稳定地悬浮于气体介质中形成的分散体系。

它可以吸收和散射辐射，从而影响气候。

也可以成为凝结核，从而影响降水。

气溶胶可分为人为和自然两种来源类型。

其中，人为因素引起的排放，如工业废气、机动车尾气和大量燃煤供暖，也随之加大。

随着社会经济的快速发展，生活水平的快速提高，人们越来越关注环境问题。

而最近的研究表明，一些气溶胶颗粒物也可进入人的呼吸道，对人们的健康产生影响。

大气颗粒物浓度和呼吸系统以及心肺疾病的住院率、发病率和死亡率呈正相关关系[1]。

中国华北地区出现的许多次大规模雾霾现象，已经对人们的生活产生了重大影响，也得到了很多专家学者的关注。

因此，对大气中各种气溶胶的分类以及成分的研究必不可少。

气溶胶单颗粒分析的方法已经在大气气溶胶颗粒研究的各领域得到广泛应用，在大气颗粒物气候效应、生态效应、环境效应、颗粒物源解析、大气颗粒物化学反应过程等方面的研究已经有不少的成果[2]。

气溶胶的光学特性参数遥感气溶胶光学特性气溶胶的光学特性参数（1）气溶胶光学厚度气溶胶光学厚度,英文名称为AOD（Aerosol Optical Depth）或AOT（Aerosol Optical Thickness），表示的是单位截面的垂直气柱上的透过率，有时候又叫大气混浊度，它是一个无量纲的正值。

数值范围在0-1之间，0代表完全不透明大气，1代表完全透明的大气，气溶胶光学厚度越大，大气透过率越低。

值的大小主要由气溶胶质粒的数密度、尺度分布、气溶胶类型等物理、光学属性来决定。

气溶胶光学厚度的反演：公式：L=L0+F*T*P/[1-S*P]L：传感器收到的辐射；L0：大气路径辐射；F：下行辐射P：地表反射率；T：大气透过率；S：大气半球反射率F*T*P/[1-S*P]：地表反射辐射对于大气路径辐射项L0,它只是大气气溶胶光学厚度和几何参数的函数,假如地表反射辐射比较小或为零,就可以通过大气路径辐射项来反演获得气溶胶光学厚度,对于地表反射辐射（F*T*P/[1-S*P]）来说，仅是气溶胶光学厚度的函数,如果消去路径辐射信息,便可以通过它来反演气溶胶光学厚度。

（2）散射相函数散射相函数反映的是电磁波入射能量经粒子散射后在方向上的分布，或者称相函数是粒子(散射体)将某个方向的入射波散射到其他方向的概率。

定义相函数P(θ)为在θ角方向的散射辐射能量与各向同性散射时该方向的散射辐射能量之比。

目前，常用的相函数有Mie散射相函数、HG相函数、双HG相函数和改进的HG*相函数等，这些函数各有优缺点。

Mie散射相函数：P Mie(θ)= [S1(θ)2 +S2(θ) 2]/ 2πα2 Qscaα=2πR/λ：球形气溶胶粒子的尺寸参数；S1(θ)、S2(θ)：散射振幅矩阵元；Qsca：气溶胶粒子的散射效率因子；S1(θ)、S2(θ)和Qsca可由Mie展开系数求解，Mie散射相函数适合于球形粒子求解。

（3）单次散射反照率单次散射反照率（single scattering albedo,SSA），在随机介质中传播的光将会被介质中的粒子散射和吸收而衰减，我们称之为消光，其中因散射而导致入射光消光在总消光中所占的比例，可以用粒子的平均单次散射反照率来表示，其定义为：0（x，m）= Cs（x，m）/C（x，m）C、Cs：粒子的消光截面和散射截面，消光截面是粒子或粒子群在电磁波传播路径上对电磁波衰减能力的度量；x=2πr/λ：为粒子的尺度因子，r、λ分别为粒子的半径和入射光的波长；m：复折射率，为复数m=n–ki，式中实数部分n为介质的折射率，虚数部分的k为介质的吸收系数；如果用Ca表示粒子的吸收截面，则应满足C=Cs+Ca；如果粒子对入射光完全无吸收，即Ca=0，于是C=Cs，反照率为1，达到它的最大值。

第2章 气溶胶光学厚度反演的原理和方法气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth ）简称AOD ，定义为介质的消光系数在垂直方向上的积分，描述的是气溶胶对光的消减作用[7]。

它是气溶胶最重要的参数之一，表征大气浑浊程度的关键物理量，也是确定气溶胶气候效应的重要因素。

通常高的AOD 值预示着气溶胶纵向积累的增长，因此导致了大气能见度的降低。

现阶段对于AOD 的监测主要有地基遥感和卫星遥感两种方法。

其中地基遥感又有多种形式：多波段光度计遥感、全波段太阳直接辐射遥感、激光雷达遥感等。

其中多波段光度计遥感是目前地基遥感研究中采用的最广泛的方法。

美国NASA 和法国LOA-PHOTONS 联合建立的全球地基气溶胶遥感观测网AERONET 所使用的就是多波段太阳光度计（Sun/SkyPhotomerers ），在全球共布设1217个站点长期观测全球气溶胶的光学特性，积累了大量的AOD 数据，并用作检测气溶胶光学厚度反演精度的标准。

而近年来卫星遥感技术的快速发展，多种传感器被用来研究气溶胶特性，加上经济发展带来的大气污染问题使得利用卫星遥感资料反演AOD 成为热门课题。

2.1 气溶胶光学厚度反演的基本原理大气光学厚度是指沿辐射传输路径单位截面上气体吸收和粒子散射产生的总消弱，是无纲量值。

在可见光和近红外波段，它可以由下列公式计算得出：)()()()()()(a 21m λτ+λτ+λτ+λτ+λτ=λτμωω (2-1)其中)(λτ表示大气总的光学厚度，)(m λτ表示整层大气的分子散射光学厚度，)(1λτω表示氧气的吸收光学厚度，)(2λτω表示臭氧的吸收光学厚度，)(λτμ表示水汽的吸收光学厚度，)(a λτ表示气溶胶光学厚度[21; 22]。

卫星遥感反演大气气溶胶是利用卫星传感器探测到的大气顶部的反射率，也称为表观反射率，可以表示为[23]：F /L s s *μπ=ρ (2-2)其中，L 表示卫星传感器探测到的辐射值，F s 表示大气上界太阳辐射通量，μs 表示太阳天顶角θs 的余弦值。

《北京地区秋季雾霾天PM2.5污染与气溶胶光学特征分析》篇一一、引言随着工业化进程的加快和城市人口的不断增长，空气质量问题已成为全球关注的热点。

作为中国的首都，北京地区秋季的雾霾天气频繁出现，PM2.5污染严重，对环境和人体健康构成了巨大威胁。

本文旨在分析北京地区秋季雾霾天PM2.5污染状况及其气溶胶光学特征，为进一步制定有效的空气质量改善措施提供科学依据。

二、研究区域与方法本研究选取北京地区为研究区域，以秋季雾霾天气为研究对象。

采用现场观测、卫星遥感及模型模拟等方法，对PM2.5污染及气溶胶光学特征进行分析。

三、PM2.5污染特征分析1. PM2.5浓度变化通过对北京地区秋季雾霾天的PM2.5浓度进行监测，发现PM2.5浓度普遍较高，且呈现出明显的日变化和季节变化特征。

在雾霾天气，PM2.5浓度往往达到或超过国家空气质量二级标准，对环境和人体健康造成严重影响。

2. PM2.5来源分析PM2.5主要来源于工业排放、交通尾气、扬尘等。

在北京地区，工业排放和交通尾气是PM2.5的主要来源。

此外，秋冬季北方地区的农业活动、秸秆焚烧等也对PM2.5浓度产生一定影响。

四、气溶胶光学特征分析1. 气溶胶光学厚度气溶胶光学厚度是描述大气中气溶胶颗粒对光的吸收和散射能力的指标。

在北京地区秋季雾霾天，气溶胶光学厚度较大，表明大气中存在大量的气溶胶颗粒。

2. 气溶胶粒径分布通过对气溶胶粒径分布进行分析，发现北京地区秋季雾霾天的气溶胶颗粒以细粒子为主，这些细粒子对光的散射作用较强，进一步加剧了雾霾天气的能见度降低。

五、结论与建议通过对北京地区秋季雾霾天PM2.5污染及气溶胶光学特征的分析，得出以下结论：1. 北京地区秋季雾霾天PM2.5污染严重，主要来源于工业排放、交通尾气和农业活动等。

2. 雾霾天气中，气溶胶光学厚度较大，以细粒子为主，对光的散射作用较强，进一步加剧了雾霾天气的能见度降低。

3. 为了改善北京地区的空气质量，需要采取综合措施，包括加强工业排放和交通尾气的治理、推广清洁能源、加强城市绿化等。

第2章 气溶胶光学厚度反演的原理和方法气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth ）简称AOD ，定义为介质的消光系数在垂直方向上的积分，描述的是气溶胶对光的消减作用[7]。

它是气溶胶最重要的参数之一，表征大气浑浊程度的关键物理量，也是确定气溶胶气候效应的重要因素。

通常高的AOD 值预示着气溶胶纵向积累的增长，因此导致了大气能见度的降低。

现阶段对于AOD 的监测主要有地基遥感和卫星遥感两种方法。

其中地基遥感又有多种形式：多波段光度计遥感、全波段太阳直接辐射遥感、激光雷达遥感等。

其中多波段光度计遥感是目前地基遥感研究中采用的最广泛的方法。

美国NASA 和法国LOA-PHOTONS 联合建立的全球地基气溶胶遥感观测网AERONET 所使用的就是多波段太阳光度计（Sun/SkyPhotomerers ），在全球共布设1217个站点长期观测全球气溶胶的光学特性，积累了大量的AOD 数据，并用作检测气溶胶光学厚度反演精度的标准。

而近年来卫星遥感技术的快速发展，多种传感器被用来研究气溶胶特性，加上经济发展带来的大气污染问题使得利用卫星遥感资料反演AOD 成为热门课题。

2.1 气溶胶光学厚度反演的基本原理大气光学厚度是指沿辐射传输路径单位截面上气体吸收和粒子散射产生的总消弱，是无纲量值。

在可见光和近红外波段，它可以由下列公式计算得出：)()()()()()(a 21m λτ+λτ+λτ+λτ+λτ=λτμωω (2-1)其中)(λτ表示大气总的光学厚度，)(m λτ表示整层大气的分子散射光学厚度，)(1λτω表示氧气的吸收光学厚度，)(2λτω表示臭氧的吸收光学厚度，)(λτμ表示水汽的吸收光学厚度，)(a λτ表示气溶胶光学厚度[21; 22]。

卫星遥感反演大气气溶胶是利用卫星传感器探测到的大气顶部的反射率，也称为表观反射率，可以表示为[23]：F /L s s *μπ=ρ (2-2)其中，L 表示卫星传感器探测到的辐射值，F s 表示大气上界太阳辐射通量，μs 表示太阳天顶角θs 的余弦值。

气溶胶颗粒物物貌特征、分类及辨别方法近年来，随着城市化进程的加快、人们生活水平的提高，大气污染问题越来越受到人们的关注。

其中，气溶胶对一系列大气污染问题贡献很大，国际、国内的学者对气溶胶颗粒的研究也越发深入。

本文介绍了电镜仪器的实验原理及方法，和对气溶胶粒子的电镜分析研究总结和归纳。

根据电镜图像可将气溶胶颗粒物分为六种：烟尘颗粒物(soot aggregates)、球形粉煤灰颗粒物（spherical fly ash）、矿物颗粒物（mineral particles）、有机颗粒物（organic particles）、金属颗粒物（metal particles）和复杂的二次大气反应形成的颗粒物（complex secondary particles），每个类型的气溶胶颗粒物有特定的物理化学特征，这些特征对研究气溶胶源有重要作用。

并以北京地区一次棕霾天气过程为例，进行对该地区气溶胶颗粒物的归纳和总结。

关键词：气溶胶颗粒物；透射电镜；扫描电镜；单颗粒物分析第一章引言气溶胶，又称气胶、烟雾质，是指固体或液体微粒稳定地悬浮于气体介质中形成的分散体系。

它可以吸收和散射辐射，从而影响气候。

也可以成为凝结核，从而影响降水。

气溶胶可分为人为和自然两种来源类型。

其中，人为因素引起的排放，如工业废气、机动车尾气和大量燃煤供暖，也随之加大。

随着社会经济的快速发展，生活水平的快速提高，人们越来越关注环境问题。

而最近的研究表明，一些气溶胶颗粒物也可进入人的呼吸道，对人们的健康产生影响。

大气颗粒物浓度和呼吸系统以及心肺疾病的住院率、发病率和死亡率呈正相关关系[1]。

中国华北地区出现的许多次大规模雾霾现象，已经对人们的生活产生了重大影响，也得到了很多专家学者的关注。

因此，对大气中各种气溶胶的分类以及成分的研究必不可少。

气溶胶单颗粒分析的方法已经在大气气溶胶颗粒研究的各领域得到广泛应用，在大气颗粒物气候效应、生态效应、环境效应、颗粒物源解析、大气颗粒物化学反应过程等方面的研究已经有不少的成果[2]。

模式中气溶胶表征方法引言气溶胶是大气中悬浮的微小颗粒物质，具有复杂的化学组成和多样的来源。

对气溶胶的准确表征对于了解大气污染、气候变化以及人类健康等方面具有重要意义。

本文将介绍模式中气溶胶的表征方法，包括气溶胶的物理性质、化学成分以及来源的分析方法。

气溶胶的物理性质表征方法气溶胶的物理性质包括粒径分布、粒子浓度、光学特性等。

以下是常用的气溶胶物理性质表征方法：1. 粒径分布测量方法•激光粒度仪：通过激光散射原理，测量气溶胶颗粒的粒径分布。

•电动力学分析仪：利用电场对气溶胶颗粒进行分选和测量，得到粒径分布信息。

2. 粒子浓度测量方法•激光散射法：利用激光束与气溶胶颗粒的相互作用，测量气溶胶的浓度。

•冲击器法：通过将气溶胶颗粒冲击到固体表面，再用显微镜观察和计数颗粒。

3. 光学特性测量方法•反射光谱法：通过测量气溶胶对入射光的反射率，估算其光学特性。

•透射光谱法：测量气溶胶对入射光的透射率，进一步了解其光学特性。

气溶胶的化学成分表征方法气溶胶的化学成分分析可以帮助我们了解气溶胶的来源、组成以及对环境和健康的影响。

以下是常用的气溶胶化学成分表征方法：1. 元素分析方法•X射线荧光光谱法：通过测量气溶胶中元素的荧光信号强度，分析气溶胶的元素组成。

•原子吸收光谱法：利用原子吸收的特性，测量气溶胶中金属元素的含量。

2. 化学组分分析方法•气相色谱-质谱联用法：将气溶胶中的有机物通过气相色谱分离，再用质谱进行鉴定和定量分析。

•高效液相色谱法：适用于分离和分析气溶胶中的水溶性有机物。

3. 离子分析方法•离子色谱法：通过离子交换柱将气溶胶中的离子分离，再用导电检测器进行定量分析。

•中子活化分析法：利用中子激发产生的放射性同位素，测量气溶胶中离子的含量。

气溶胶来源的分析方法气溶胶的来源多样，包括自然来源（如植物挥发物、海洋气溶胶）和人为来源（如工业排放、交通排放）。

以下是常用的气溶胶来源分析方法：1. 同位素分析方法•碳同位素分析法：通过测量气溶胶中碳同位素的比值，区分不同来源的气溶胶。