黑碳粒径雷达Mie散射反演精度的数值模拟研究
编号:261
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更新:2022-07-05 10:59:35 浏览:532次
口头报告
摘要
黑碳气溶胶通过吸收和散射太阳辐射影响气候变化,精确测量粒径等微物理特性对其辐射效应评估具有重要意义。激光雷达在大气颗粒实时监测和垂直剖面刻画等方面具有显著优势,通常基于Mie散射理论反演颗粒的微物理特性。然而,Mie散射将颗粒简化为球形,明显偏离了大部分大气颗粒非球形的实际情况,将为粒径等的反演结果带来不容忽视的误差。本文采用数值模拟方法探究了复杂黑碳颗粒的分形维数(Df)、体积分数(Vf)和等体积半径(rvol)等参数对激光雷达Mie散射粒径反演结果的影响,选择closed-cell模型和coated-aggregate模型分别代表薄涂层和厚涂层的包裹颗粒。首先计算复杂颗粒模型的光学性质,随后模拟激光雷达反演原理,选择雷达观测的消光特性展开Mie散射反演计算,得到黑碳气溶胶的光学等效半径(ropt),体积和光学等效半径之间的差异为反演误差。结果表明,具有相同等体积半径及黑碳体积分数的球形颗粒和非球形颗粒的光学特性存在显著差异。对于closed-cell模型,粒径较小时ropt被低估,而粒径较大时则相反,相对误差最大可达25%。厚涂层黑碳颗粒的粒径反演误差相对较小,一般在5%左右。对于粒径分布的反演可以发现,对数正态分布的平均粒径和几何标准差均被高估。最后,构建了分形黑碳气溶胶粒径Mie散射反演误差的参数化方案,有效降低了不规则黑碳的粒径反演误差,最大误差降至约10%。参数化方案使得基于传统雷达Mie散射粒径反演结果通过简单计算能够实时得到更为精确的黑碳气溶胶粒径分布,对于更好地掌握大气黑碳的微物理特性具有重要意义。
关键词
黑碳颗粒,激光雷达,粒径反演,反演误差,数值模拟
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