Оптические свойства аэрозолей и их радиационные эффекты

Как аэрозольные частицы рассеивают и поглощают свет, а также возникающие в результате прямые и косвенные эффекты на радиационный баланс Земли.

Definition

Оптические свойства аэрозолей описывают, как частицы взаимодействуют с излучением, а радиационные эффекты аэрозолей представляют собой возникающие возмущения в потоке солнечной и земной энергии через атмосферу.

Scope

Охватывает теорию рассеяния Ми (Mie scattering theory) применительно к аэрозолям, эффективности рассеяния и поглощения, альбедо однократного рассеяния, оптическую толщину аэрозолей, прямое радиационное воздействие рассеивающих и поглощающих частиц, роль черного углерода, а также косвенные эффекты, опосредованные облаками.

Core questions

• Как размер и состав частиц определяют рассеяние и поглощение?
• Что такое оптическая толщина аэрозолей и как она измеряется?
• Как аэрозоли прямо и косвенно через облака влияют на климат?

Key theories

Теория рассеяния Ми

Точное решение задачи рассеяния света сферическими частицами, которое связывает размер частицы и показатель преломления с ее эффективностью рассеяния и поглощения.

Радиационное воздействие аэрозолей

Рассеивающие аэрозоли повышают планетарное альбедо и охлаждают, поглощающие аэрозоли нагревают атмосферу, а воздействие аэрозолей на облака добавляет дополнительное, более неопределенное воздействие.

Mechanisms

Когда размер частиц сопоставим с длиной волны света, рассеяние и поглощение описываются теорией Ми, которая дает эффективности, зависящие от параметра размера и комплексного показателя преломления. Альбедо однократного рассеяния определяет баланс между охлаждением за счет рассеяния и нагревом за счет поглощения. Интегрированное по столбу, ослабление дает оптическую толщину аэрозолей. Прямые эффекты немедленно изменяют радиационный баланс, в то время как косвенные эффекты возникают по мере того, как аэрозоли изменяют количество капель облаков, их яркость и время жизни.

Clinical relevance

Оптические свойства аэрозолей определяют видимость, восстановление аэрозольной нагрузки по спутниковым данным и величину аэрозольного климатического воздействия, что является основным источником неопределенности в климатических прогнозах.

History

Решение Густава Ми 1908 года для рассеяния сферами заложило оптическую основу, а количественная оценка радиационного воздействия аэрозолей стала основным направлением исследований с 1990-х годов, когда ее важность для климатического бюджета была признана в оценках МГЭИК.

Key figures

• Gustav Mie
• Craig Bohren

Seminal works

• bohrenHuffman1983
• boucher2013

Frequently asked questions

Что такое оптическая толщина аэрозолей?

Оптическая толщина аэрозолей — это мера того, насколько аэрозоли в вертикальном столбе ослабляют свет за счет рассеяния и поглощения; более высокие значения означают более туманный, более насыщенный частицами воздух.