复杂环境下非规则形状气溶胶粒子的辐射强迫特性研究

According to the project of national energy development needs and people's pursuit in the 13th Five-Year plan, and the aim is to solve energy shortage and environmental pollution, this project involves the calculation of radiation science, optics, heat transfer, physical chemistry and other disciplines of knowledge, and it is a multidisciplinary topic. Based on theoretical research, numerical inversion, and experimental test, the radiative forcing characteristics of irregular aerosol particles in complex conditions (i.e. different longitude/ latitude, different surface characteristics, different seasons, and different meteorological conditions) are studied. Those are three contributions: the physical and chemical characteristics of irregular aerosol particles, irregular aerosol particles remote sensing observation experiments and models, and the radiative forcing characteristics of irregular aerosol particles under complex atmospheric environment. The results can reveal the complex source and microstructure of aerosol, realize the coupling between ground-based observation and space borne observation of aerosol particles, and grasp the influence of aerosol particles on the radiative forcing of atmosphere. The research on this project is not only the need of China's related technology development, but also the need to narrow our gap with the international advanced research level as soon as possible. The results also can play a role in new energy, aeronautics and astronautics, agriculture, meteorology and so on.

项目结合国家十三五能源发展需要和人民追求清洁环境的需求，致力于解决能源短缺和环境污染问题，内容涉及了计算辐射学、光学、材料学、物理化学等学科知识，是一个多学科交叉的前沿课题。项目采用理论研究、数值反演以及实验测试相结合的技术手段，针对复杂环境下（含不同经度/纬度、不同地表特征、不同季节、不同气象条件等）非规则形状气溶胶粒子的辐射强迫特性开展研究，即开展复杂环境下非规则形状气溶胶粒子的理化特征、非规则形状气溶胶粒子的遥感观测实验/模型研究以及非规则形状气溶胶粒子的辐射强迫特性等3个方面的研究。通过研究揭示气溶胶的微观理化特征及源解析、实现气溶胶粒子的地基观测与星载观测之间的耦合、掌握气溶胶粒子对大气辐射强迫的影响等。开展本项目的研究不仅是我国相关技术发展的需要，也是尽快缩小我国在该领域与国际先进研究水平差距的需要。研究成果可在太阳能高效利用、航空航天、农业工程、气象科学等领域发挥作用。

本项目结合国家十三五能源发展需要和人民追求清洁环境的需求，致力于解决能源短缺和环境污染问题，内容涉及了计算辐射学、光学、材料学、物理化学等学科知识，是一个多学科交叉的前沿课题。项目采用理论研究、数值反演以及实验测试相结合的技术手段，针对复杂环境下（含不同经度/纬度、不同地表特征、不同季节、不同气象条件等）非规则形状气溶胶粒子的辐射强迫特性开展了研究，即主要从以下三个方面进行了研究和总结，复杂环境下非规则形状气溶胶粒子的理化特征、非规则形状气溶胶粒子的遥感观测实验/模型研究以及非规则形状气溶胶粒子的辐射强迫特性等。通过本项目的研究揭示了气溶胶粒子的微观理化特征及源解析、实现了气溶胶粒子的地基观测与星载观测之间的耦合、掌握了气溶胶粒子对大气辐射强迫的影响等特性和规律。研究结果显示：大气气溶胶粒子的主要成分由O、Si和C元素组成，并且含有一定数量的Al, Fe, K, Ca, Ti, Na和Mg元素。C元素在所有样品中的占比都高于50%，O的占比则在20%左右，Si的含量在5%到10%之间。本项目基于AOD和AROD建立的识别模型可识别五种气溶胶类型，分别为大陆型、沙尘型、亚大陆型、城市工业型和生物质燃烧型。识别模型的准确性通过高精度的地基数据进行了检验并将卫星数据运用至本项目建立的识别模型当中，获得了基于卫星数据的气溶胶类型识别结果。研究结果也显示在无污染天、轻度污染天以及中度污染环境下，AOD值与AOD均值之比基本保持稳定，分别是0.7、1、1.4。本项目也提出了一种利用卫星数据与查找表计算短波（0.25～4 μm）直接气溶胶辐射强迫（DARF）的新方法，并给出了单次散射反照率（SSA）和不对称因子（ASY）的查找表。本项目的研究成果可在太阳能高效利用、航空航天、农业工程、气象科学等领域发挥作用。