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双层椭球散射模型对核-壳结构吸光气溶胶光学特性的模拟研究

光散射,吸光气溶胶,双层椭球,核-壳结构

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.10 吸光气溶胶理化特性及环境气候效应

吸光气溶胶光学参数的精准定量表征，是厘清气溶胶理化演化机制、降低全球及区域辐射强迫估算不确定性、提升大气环境与气候效应评估可靠性的关键科学基础。真实大气环境中，沙尘、黑碳等各类吸光气溶胶普遍存在形貌非球形、组分与结构非均一的特征，传统球形米氏散射理论忽略粒子真实形态与内部结构，模拟结果与实际观测偏差显著。而现阶段常用非球形粒子散射计算手段，诸如T-矩阵、离散偶极子近似等方法，要么存在粒子尺寸、形貌适用范围受限的问题，要么计算效率低下，难以实现非球形、核-壳非均一结构吸光气溶胶光学参数的高效精准求解。



本团队基于椭球坐标系的分离变量法，构建了双层椭球散射计算方法，可实现任意尺寸、轴比、核-壳配比双层椭球粒子光学特性的高效精准计算。本研究立足该散射计算方法，选取大气中包覆硫酸盐涂层的吸光矿物沙尘这一典型核-壳结构气溶胶为研究对象，系统计算单次散射反照率、Ångström指数等核心光学参数，定量剖析粒子非球形形貌、核壳组分差异、内混结构配比，对吸光气溶胶光学响应规律及直接辐射效应的耦合调控机制。