大气复杂颗粒物的散射特征及遥感反演模型

遥感数据中，颗粒物散射是构成大气信息的主要因素，散射与粒子浓度及粒度关系的表征决定了大气遥感的定量化水平。极细粒子散射可用瑞利散射精确描述，较粗颗粒的描述一般采用米散射理论。然而米散射理论以颗粒为均质球体为基本假设，与多数形态和成分复杂的人为气溶胶相差甚远，导致对遥感所需的后向散射计算存在极大误差；且其公式过于复杂，较难于应用。因此概念性的Angstrom公式被大量用于计算大气混浊度，但其定量化水平较低，无法反演颗粒物浓度和粒度。目前复杂颗粒物散射性质的定量表征已成为提高大气遥感定量化的瓶颈。本项目拟解决该问题：通过实验，系统测量各类复杂气溶胶的形态、粒度分布及其散射特征；结合电磁波理论与统计学方法，从机理上分析颗粒物散射特征与形状和粒度的关系，厘定复杂颗粒物方向散射强度与数浓度及粒度分布的函数关系，建立各类型气溶胶数浓度和粒度分布的遥感反演模型。其结果对提高大气遥感定量化水平有重要意义。

颗粒物散射是构成大气遥感信息的主要因素。散射与粒子的粒度和浓度关系的表征决定了大气遥感的定量化水平。极细颗粒可用瑞利散射精确描述；对较粗的颗粒一般采用米散射描述。然而米散射理论以颗粒为均质球体作为基本假设，与多数实际气溶胶类型相差甚远，对遥感所需的后向散射计算造成极大误差。概念性的Angstrom公式被大量用于计算大气混浊度，其定量化水平较低。.本项目的目标是测量各类复杂气溶胶的形态、粒度分布及其散射特征；从机理上分析颗粒物散射特征与形状、粒度的关系，厘定复杂颗粒物的粒度分布、数浓度与散射强度及方向性的函数，建立各类型气溶胶数浓度和粒度分布的遥感反演模型。.项目研究基本上按计划进行，研究内容均按要求完成，并取得了预期的结果。完成的主要研究及取得的主要成果如下:. 1. 珠江三角洲选取公路交通枢纽、重污染工业区和裸露开发区等典型污染区，用气溶胶采样器对各种气溶胶进行采样，然后用显微镜进行气溶胶几何形状观察，并进行显微照像。得到以下认识：以沙尘型粒子为主的粗粒气溶胶形态极为复杂。煤烟型气溶胶粒以絮状为主，次为不规则线状 、片板状。水溶性气溶胶粒子较为规则，多为球体或等轴粒状。.2. 从简单几何体入手进行散射强度与方向性测量，研究几何微体形状、大小与散射及散射方向性的关系。采用不同波长的激光，照射细丝等简单几何体，测量各方向的散射强度，并拍摄其散射图案，获得其散射方向性的定量描述。.3.采用不同波长的激光照射玻璃片上的气溶胶粒子，并用ASD连续光谱仪对单个和多个气溶胶颗粒的散射光进行多角度测量；然后根据测量结果，从理论上推导单颗粒子散射强度及方向性函数。.4.在单个和多个气溶胶颗粒的散射光进行多角度测量的基础上，从理论上推导复杂气溶胶颗粒群体散射参数的关系，并对后向散射与复杂粗颗粒群体的粒度、数浓度与散射强度及方向性的关系进行了厘定。.5. 结合卫星遥感数据的特点，初步建立了复杂气溶胶浓度遥感反演模型。应用该模型可估算出气溶胶粒子的立柱浓度，并可对水溶性粒子、煤烟和沙尘性粒子同时进行遥感反演，得到该三种粒子的空间分布。