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                什么是氣溶膠?它對光學成像有哪些影響?

                2024-05-15 林樹鑫

                氣溶膠是指懸浮在氣體介質中的固態或液態顆粒所組成的氣態分散系統。這些顆粒的密度與氣體介質的密度可以相差微小,也可以懸殊很大。氣溶膠顆粒大小通常在0.01~10μm之間,但具體范圍會因來源和形成原因而有很大差異。


                 什么是氣溶膠?它對光學成像有哪些影響?

                (圖源網絡,僅供參考,侵刪)


                氣溶膠對光學成像的主要影響體現在其光學特性上,這些特性與氣溶膠的化學成分、顆粒大小、濃度和分布等因素密切相關。

                 

                化學成分:不同的氣溶膠具有不同的化學成分,如硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、有機物等。這些成分對光的吸收和散射特性不同,從而影響光學成像的質量。例如,硫酸鹽和氯化鈉等無機鹽類的出現,將會顯著增加散射光,而相對應的一些有機化合物則會增加吸收光。

                 

                顆粒大?。簹馊苣z的顆粒大小對光學成像也有顯著影響。氣溶膠的散射截面隨著顆粒直徑的增加而增加,而吸收截面則隨著顆粒直徑的減小而增大。因此,氣溶膠顆粒直徑越小,對紅外波段的吸收能力越大;而對短波長的光線,它們的散射強度越大。顆粒大小還會影響到氣溶膠的光譜,顆粒直徑越小,氣溶膠的光譜波峰越靠近短波長,而顆粒直徑越大,則光譜波峰越靠近長波長。

                 氣溶膠

                (圖源網絡,僅供參考,侵刪)


                濃度和分布:氣溶膠的濃度和分布也是影響光學成像的重要因素。高濃度的氣溶膠會導致圖像對比度降低,清晰度下降。而氣溶膠的分布不均勻性則可能導致圖像出現局部模糊或失真。

                在遙感成像中,大氣氣溶膠特性對光學遙感系統成像質量的影響尤為顯著。大氣中的氣溶膠粒子會散射和吸收太陽輻射和地面反射的輻射,從而影響遙感圖像的質量和準確性。為了降低氣溶膠對遙感成像的影響,科學家們通常會采用大氣校正、圖像增強等方法對遙感圖像進行處理。

                 

                氣溶膠的相關計算公式有多種,涉及氣溶膠的密度、濃度、散射特性等方面。以下是一些常用的計算公式:

                1. 氣溶膠密度計算式:

                · 根據相對濕度計算式,氣溶膠分壓 Ps=ψPb,其中 ψ 是氣溶膠相對濕度,Pb 是飽和空氣壓力。

                · 根據氣態方程及道爾頓的分壓定律,氣溶膠密度 ρ 的計算式為:ρ=3.48T/P(1?0.378ψPb/P),其中 P 是總壓力(空氣分壓 Pd 與氣溶膠分壓 Ps 之和),T 是絕對溫度(T=273+t,t 是攝氏溫度)。

                1. Murray理論:適用于直徑小于1微米的氣溶膠顆粒,計算公式為:ρ=(3600×D×ΣW)/(4×π×ΣP),其中 ρ 為氣溶膠密度,D 為顆粒直徑,ΣW 為顆粒質量,ΣP 為顆粒表面積。

                2. Modified理論:適用于直徑大于1微米的氣溶膠顆粒,計算公式為:ρ=(3600×D×ΣW)/4×π×ΣP×(1+(D/2)/(4×ΣP))。

                3. 氣溶膠濃度隨高度的變化:氣溶膠粒子空間分布是不均勻的,隨著高度的增加氣溶膠濃度會按照指數衰減。常用標高來衡量氣溶膠濃度與高度的變化關系,計算公式為:N(h)=N(0)e ^(?h/Ht),其中 N(h) 是高度為 h 處的氣溶膠濃度,N(0) 是地面的氣溶膠濃度,Ht 為氣溶膠的標高。

                4. 后向散射的散射截面 βa 的計算公式:βa(h)Pa(π,h)/=Na(h)/Nm(h)*βm(h)*(3/8π),其中 Nm 是單位體積內的大氣分子的數量,h 是探測目標到測量儀器之間的高度,Na 是指單位體積內氣溶膠的粒子個數。


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