Экспериментальные исследования оптических и микрофизических параметров тропосферного аэрозоля в локальных объемах

• Автор: Полькин, Виктор Викторович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 203 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АППАРАТУРНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
МИКРОСТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ АЭРОЗОЛЯ В ЛОКАЛЬНЫХ
ОБЪЕМАХ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
§ Г1 Методы и приборы для измерения микроструктурных параметров
аэрозоля, основанные на предварительном осаждении
§ 1.2 Методы и приборы без предварительного осаждения аэрозоля
1.2.1. Оптико-электронные методы и приборы, основанные на измерении светорассеяния индивидуальных аэрозольных частиц
1.2.2.Методы и приборы, основанные на измерениях полидисперсных оптических характеристик аэрозоля
§ 1.3 Особенности исследования микроструктурных параметров аэрозоля
в локальных объемах атмосферного воздуха
Основные выводы по 1-й главе
ГЛАВА 2 КОМПЛЕКС АППАРАТУРЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ОПТИЧЕСКИХ И МИКРОСТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ АЭРОЗОЛЯ В ЛОКАЛЬНЫХ
ОБЪЁМАХ
§ 2.1 Фотоэлектрические счетчики частиц атмосферного аэрозоля
§ 2.2 Лазерный ореольный фотометр
§ 2.3 Инфракрасный интегрирующий нефелометр
Основные выводы по 2-й главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОФИЗИЧЕСКИХ И ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИЗЕМНОГО ТРОПОСФЕРНОГО
АЭРОЗОЛЯ
§ 3.1 Континентальный аэрозоль
§3.2 Аридный аэрозоль
§ 3.3 Прибрежный аэрозоль
§ 3.4 Морской (океанический) аэрозоль
Основные выводы по 3-й главе

ГЛАВА 4. СТРАТИФИКАЦИЯ МИКРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
АЭРОЗОЛЯ В НИЖНЕЙ ТРОПОСФЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ САМОЛЕТНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
§ 4Л Характеристика массива данных, полученных для Западной Сибири.
База данных вертикальных профилей счетной концентрации
и дисперсного состава
§ 4.2 Вертикальные профили счетной концентрации аэрозоля для
ЗападнойСибири. Межгодовые, годовые и сезонные вариации
§ 4.3 Высотная изменчивость функции распределения частиц по размерам.
Аппроксимация логнормальными распределениями. Эмпирическая высотная микрофизическая модель аэрозоля нижней тропосферы
Западной Сибири
§ 4.4 Трансформация дисперсного состава аэрозоля под действием
относительной влажности воздуха
§ 4.5 Схема восстановления и оценка высотного хода оптических
параметров атмосферы по микрофизической аэрозольной модели
Основные выводы по 4-й главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность Аэрозольные частицы естественного и антропогенного происхождения, являясь неотъемлемой составной частью атмосферы Земли, вносят существенный вклад в формирование ее оптического состояния, в изменение глобального климата, воздействуют на геосферно-биосферные процессы [3, 6, 119, 146, 148, 196-198, 208, 211, 215, 221, 229, 231, 241, 247, 258, 306, 309]. Характерной особенностью атмосферного аэрозоля является сильная пространственная и временная изменчивость его свойств, которые связаны практически со всеми процессами, протекающими в атмосфере [168, 211, 215, 221].
Исследования пространственно-временной изменчивости атмосферного аэрозоля чрезвычайно актуальны для совершенствования моделей оптических и микрофизических характеристик, необходимых при радиационных расчетах, и оценки эффективности систем, работающих через атмосферу в оптическом диапазоне [141, 166, 197, 211, 215, 278]. К настоящему времени накоплен огромный объем информации об оптических и микрофизических характеристиках атмосферного аэрозоля, об основных процессах его образования и трансформации, тем не менее, актуальность углубленного исследования многообразия состояний аэрозоля продолжает возрастать. На современном этапе исследований характерен комплексный подход к изучению свойств аэрозоля, объединяющий «оптический» и «микрофизический» способы.
Состояние и краткая история вопроса В аэрозольных исследованиях под «микро-физическим» способом понимается расчет оптических характеристик по данным о мик-рофизическом составе аэрозоля, а под «оптическим» - формирование модели на основе непосредственного измерения оптических характеристик. Эти подходы, развиваясь исторически несколько обособленно, к настоящему времени слились практически в единый комплексный подход, так как оба пути предполагают постановку длительных экспериментальных наблюдений в реальной атмосфере и исследований связей аэрозольных характеристик с внешними геофизическими, синоптическими и метеорологическими факторами, постоянную проверку соответствия экспериментально измеренных оптических характеристик рассчитанным по микрофизическим данным.
Экспериментальные исследования оптических параметров аэрозоля в реальной атмосфере имеют сравнительно большую историю. Первоначально эти исследования были недостаточно комплексны и наблюдения проводились лишь отдельными сериями. Современные систематические и комплексные наблюдения позволили осуществить разработку

Огромную роль в развитии этих методов сыграли коллективы авторов Института оптики атмосферы, руководимые В.Е.Зуевым [141,142].
Особенности обратных задач атмосферной оптики. Микрофизические характеристики атмосферного аэрозоля чрезвычайно изменчивы и сильно зависят от условий образования и трансформации аэрозоля (относительная влажность воздуха, высота, температура, орография местности, наличие антропогенных и естественных источников, стратификация атмосферы).
Часто при атмосферно-оптических исследованиях неизвестен коэффициент преломления материала частиц. Величина его существенно зависит от относительной влажности воздуха, с повышением которой происходит обводнение частиц. Невозможно оперативно проводить определение химического состава аэрозолей, который чрезвычайно разнообразен [143]. В отдельных случаях обводнение частиц может приводить как к увеличению, так и к уменьшению коэффициента рассеяния [144]. При этом ядро уравнения (1.2.1), которое считается априорно известным, на самом деле неопределенно.
Априорные сведения о функции распределения частиц по размерам не всегда соответствуют истине. Реальное распределение может отличаться от аппроксимации и быть многомодальным [145].
Форма частиц может быть отличной от сферической. Частицы могут быть сориентированы в определенном направлении, и при этом ядро и индикатриса для частиц регулярных форм (например, ледяные кристаллы) имеют особенности, сильно отличающиеся от сферических частиц.
Все отмеченные особенности приводят к ошибкам при решении обратных задач атмосферной оптики. Неоднократно указывал на эти особенности Г.В.Розенберг [146-148]. Кроме отмеченных особенностей реально существуют ограниченность интервала измерений и разрешающей способности аппаратуры, наличие измерительных шумов и нестабильность объекта измерения. Всё это приводит к замене реального многопараметрического объекта его идеализированной сглаженной моделью.
Наиболее реальным путем решения этой проблемы является постановка комплексного оптического эксперимента, в котором бы одновременно определялись физические свойства частиц и параметры распределения. Некоторые алгоритмы решения этой многопараметрической обратной задачи атмосферной оптики предлагались Г.В Розенбергом [148].