大气气溶胶吸收系数测量新方法研究

大气气溶胶吸收系数（折射率虚部）的可靠测量，对于气候变化、气溶胶辐射强迫、光学工程、碳气溶胶污染、大气环境等方面的研究有十分重要的意义。目前还没有方便可靠的方法来测量实际大气的气溶胶吸收。本项目提出使用空心波导管测量气溶胶吸收系数的新方法。利用光在波导中传输光程长、损耗低等特点，某一波长的光在充满气溶胶的空心波导中以一定角度在管壁间长距离传输，光传输仅对吸收敏感，气溶胶对光的衰减和散射信息可以通过波导管两端的探测器测量得到，根据光在气溶胶中传输的距离以及测量的衰减和散射信息，可以得到气溶胶的吸收系数。光在波导管内的多次折返大大提高了气溶胶吸收的灵敏度。该方法在测量过程中不改变粒子的悬浮状态，测量中有效扣除了管壁和空气分子光散射的干扰，可以对大气气溶胶进行连续的实时在线测量。为气象环保部门的定量化监测，为研究气溶胶的微物理特性，都展示了很好的应用前景。

大气气溶胶吸收系数（折射率虚部）的可靠测量，对于气候变化、气溶胶辐射强迫、光学工程、碳气溶胶污染、大气环境等方面的研究有十分重要的意义。目前还没有方便可靠的方法来测量实际大气的气溶胶吸收。本项目提出使用空心波导管测量气溶胶吸收系数的新方法。利用光在波导中传输光程长、损耗低等特点，某一波长的光在充满气溶胶的空心波导中以一定角度在管壁间长距离传输，光传输仅对吸收敏感，气溶胶对光的衰减和散射信息可以通过波导管两端的探测器测量得到，根据光在气溶胶中传输的距离以及测量的衰减和散射信息，可以得到气溶胶的吸收系数。光在波导管内的多次折返大大提高了气溶胶吸收的灵敏度。在项目执行第一年发现使用空心波导管只能测量消光系数，而无法测量吸收系数，其主要原因是在圆柱形波导管内壁镀膜比较困难，镀膜均匀性和反射率均无法达到测量吸收系数的要求，但可以测量消光系数。调研多家镀膜单位都无法解决这个问题，因此在已有条件的基础上改变设计方案，确定利用光-热法测量大气气溶胶吸收系数。原理是根据光与粒子相互作用，粒子吸收光产生热量，粒子散射光不产生热量的特点，某一波长的光在充满气溶胶的绝热玻璃管中传输，气溶胶粒子对光的吸收效应可以通过玻璃管内的温度传感器测量得到，气溶胶的吸收系数与玻璃管内温度变化成正比，经过标定，可以对大气气溶胶吸收系数进行测量。项目执行第二年完成了样机的设计工作，第三年完成了试验样机的研制，证明了该方法的合理性和可行性。由于项目中途改变设计方案，因此该样机研制的时间比较紧迫，样机在受环境温度变化和抗干扰方面考虑不足，我们将在后续的工作中对吸收腔进行改进，使它在气溶胶测量和研究中发挥作用，以此为基础，在仪器性能和可靠性上进一步完善。该方法在测量过程中没有改变粒子的悬浮状态，测量中有效扣除了管壁和空气分子光散射的干扰，可以对大气气溶胶进行连续的实时在线测量。为气象环保部门的定量化监测，为研究气溶胶的微物理特性，都展示了很好的应用前景。