一种用于评估气溶胶粒子消光与后向散射比或粒子激光雷达比的新实验室方法

《Scientific Reports》：A novel laboratory methodology to evaluate the particle extinction-to-backscatter ratio or particle lidar ratio of aerosols

　　

摘要

大气颗粒在自然界中普遍存在，且对地球的辐射平衡有着重要影响。但由于其大小、形状和化学成分的复杂性，其后向散射和消光特性至今仍未得到充分量化。本文提出了一种新的实验室方法，用于测定气溶胶的消光与后向散射比率，即激光雷达比率。该方法被称为LR-lab，基于在180.0°角度进行的精确光后向散射实验，并结合腔体衰减实验来评估颗粒的消光特性。该方法无需假设颗粒的大小、形状或复杂的折射率。我们在遵循解析Mie理论的均匀球形水滴上对该方法进行了验证，测试了不同尺寸和水滴浓度下的情况。随后，该技术在实验室中用于测定非球形颗粒混合物——矿物粉尘在532纳米波长下的消光与后向散射比率。实验结果表明，粉尘的激光雷达比率为(47±2)弧秒，而粉尘的退极化比率为(33.6±0.4)%。通过提出一种同时测定颗粒激光雷达比率和退极化比率的实验室方法，我们认为该方法能够满足日益增长的基于激光雷达的气溶胶分类需求，以及针对复杂形状颗粒的光散射数值模型的验证需求。