摘要
近年来，大气气溶胶因为其对人体健康、空气质量、能见度以及气候变化的影响而受到人们的广泛关注。气溶胶的光学性质影响了地球大气的太阳辐射收支平衡并且是辐射强迫评估模型中的重要参数。气溶胶颗粒的浓度、粒径分布、吸湿性、化学组成和混合态对于气溶胶光学性质都有极大的影响。单颗粒气溶胶飞行时间质谱(aerosoltime-of-fright mass spectrometer,简称(ATOFMS)能实时在线测量单颗粒的粒径和化学成分;光腔衰荡气溶胶消光仪（Cavity ring down aerosol extinction spectrometer，简称CRD-AES）和三波段积分浊度计可以实时在线的提供颗粒物的消光系数、散光系数、吸光系数和单次散射反照率等光学性质。利用这些技术，我们从单颗粒的角度深入研究了上海冬季大气气溶胶浓度、粒径分布、化学组成和混合状态对其光学性质影响过程，从而减少在评估气溶胶直接气候效应时对其光学性质所做假设的不确定性。本论文主要包括以下两部分内容: (1)数据处理中的颗粒物分类方法。由于气溶胶飞行时间质谱(ATOFMS)的数据采集量巨大，加上颗粒物混合状态复杂，一次源与二次源在单颗粒物中很难区分，所以我们需要找到一个有效的、合理的、统计学的分类方法，来将这些大量的数据信息规整分类。结合源解析和粒径分析，使用自适应共振理论神经网络(ART-2a)这种有效的智能分类方法来区别和规整大量的质谱信息，可以清晰的分辨一次气溶胶、二次气溶胶和颗粒物的混合状态。对比ART-2a分类，示踪离子(Marker)方法应用于ATOFMS数据处理较早，也较普遍。示踪离子方法需要借鉴前人的研究经验，基于参数（m/z、area和relative area等）的选择，通过编程语言就能分类:矿尘颗粒气溶胶、海盐气溶胶、含碳气溶胶和二次气溶胶等。 (2)气溶胶颗粒光学性质以及与化学组成和混合态之间的关系。通过对上海地区冬季大气颗粒物的单颗粒质谱、粒径分布和光学性质分析，我们发现:颗粒物的光吸收系数受到交通污染和边界层影响出现日变化趋势。颗粒物的数浓度与消光系数存在一定相关性(R2=0.6)。元素碳/有机碳的混合物和老化的有机碳与气溶胶散光和吸光系数都有一定的相关性(R2＞0.5)，在这两类颗粒物中质谱中都出现了较强的硝酸盐和铵盐的信号峰。硝酸盐和硫酸盐颗粒物与气溶胶的光散射系数相关，R2分别为0.39和0.30。纯元素碳与单散射反照率呈现了良好的负相关性(R2=-0.7)。其他种类的颗粒物在观测期间都没表现出与光学系数较强的相关性。除了气溶胶化学组成，大气颗粒数浓度和相对湿度等气象条件共同影响着颗粒物的光学性质变化。
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