由于氣溶膠的介電常數(shù)不易直接測(cè)量，氣溶膠的復(fù)折射指數(shù)的實(shí)部與其介電常數(shù)之間存在的一定關(guān)系，利用這一關(guān)系，可以用氣溶膠的復(fù)折射指數(shù)的實(shí)部來(lái)求出其介電常數(shù)，并對(duì)4種基本粒子、3種常見(jiàn)類(lèi)型的氣溶膠以及任意體積比混和建立的氣溶膠類(lèi)型的介電常數(shù)進(jìn)行了研究。

　　氣溶膠是大氣與懸浮在其中的固體和液體微粒共同組成的多相體系，它的粒子直徑多在0.001～10μm。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輻射大氣模型，可把對(duì)流層氣溶膠按成分分為沙塵性粒子、水溶性粒子、海洋性粒子、煤煙4種類(lèi)型。氣溶膠對(duì)氣候的影響一方面表現(xiàn)為大氣中的氣溶膠粒子吸收和散射太陽(yáng)輻射和地面輻射出的長(zhǎng)波輻射，從而影響地-氣輻射收支;另一方面氣溶膠濃度變化會(huì)影響云的光學(xué)特性、云量，而云的變化反過(guò)來(lái)影響氣候。氣溶膠對(duì)全球溫室氣體的熱效應(yīng)的阻礙作用，在20世紀(jì)已被人們所認(rèn)識(shí)，但這種冷效應(yīng)具有很大的不確定性，氣溶膠的影響力和不確定性可能比一般模型中模擬的大得多，因而認(rèn)識(shí)氣溶膠的氣候效應(yīng)對(duì)預(yù)測(cè)全球變暖更具有重要意義。大氣氣溶膠對(duì)地球表層系統(tǒng)的輻射收支有重要的影響，是大氣輻射傳輸過(guò)程中三大活躍要素之一。

　　大氣氣溶膠對(duì)氣候變化有重要的直接和間接的影響，通過(guò)氣溶膠粒子吸收和散射太陽(yáng)輻射，直接改變地-氣系統(tǒng)的能量收支。大氣氣溶膠作為大氣的重要組成部分，也是大氣電場(chǎng)的介質(zhì)中的重要組成，它在大氣電場(chǎng)中有重要作用。大氣氣溶膠是大氣物理化學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要因素，大氣科學(xué)的很多領(lǐng)域均與氣溶膠有關(guān)，研究氣溶膠的介電常數(shù)是大氣氣溶膠發(fā)展的一個(gè)很重要方向。筆者研究了不同類(lèi)型大氣氣溶膠中的介電常數(shù)，由于氣溶膠的介電常數(shù)不易直接測(cè)量，氣溶膠的復(fù)折射指數(shù)的實(shí)部與其介電常數(shù)之間存在的一定關(guān)系，利用這一關(guān)系，可以用氣溶膠的復(fù)折射指數(shù)的實(shí)部來(lái)求出其介電常數(shù)，并對(duì)4種基本粒子、3種常見(jiàn)類(lèi)型的氣溶膠以及任意體積比混和建立的氣溶膠類(lèi)型的介電常數(shù)進(jìn)行了研究。

1、資料與方法

　　1.1、理論依據(jù)根據(jù)Mie散射理論，由氣溶膠的譜分布和它的折射率可以計(jì)算出：αa=π∫Qext(n，r，λ)n(r)r2dr、βa=∫λ28π2[M1(180°)+M2(180°)]n(r)dr、S1=αa/βa，式中，Qext、M1、M2是折射率n、粒子半徑r和波長(zhǎng)λ的函數(shù)，由于譜分布可以由粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量得到，λ=0.532μm，只要假設(shè)一定的折射率n就可以由Mie理論計(jì)算出來(lái)αa和S1。若計(jì)算出的αa和S1與測(cè)量結(jié)果在一定范圍內(nèi)相同或相近，此時(shí)假設(shè)的折射率就是大氣氣溶膠真實(shí)的折射率。根據(jù)Mie散射理論，計(jì)算了相函數(shù)(θ)、消光和散射系數(shù)，不對(duì)稱(chēng)因子的基本部分界定其大小分布和折射率。計(jì)算在默認(rèn)的20波長(zhǎng)和83相位角(80高斯角，0°、90°和180°)或高達(dá)1000相位角(997高斯角，0°、90°和180°)的條件下完成。

　　3個(gè)基本氣溶膠類(lèi)型模型可以由4個(gè)基本氣溶膠類(lèi)型組成按照以下體積百分比混合建立(表1)。利用粒子體積百分比的Cj計(jì)算3個(gè)基本氣溶膠類(lèi)型模型的復(fù)折射指數(shù)和介電常數(shù)的值。對(duì)于每一個(gè)組成部分，筆者計(jì)算了體積濃度Vj和粒子數(shù)目濃度Nj(表2)。如果氣溶膠是由j種粒子組成的混合體，組成粒子的體積百分比為Cj，然后可以得到粒子的密度百分比。3個(gè)常見(jiàn)類(lèi)型氣溶膠中4種基本氣溶膠粒子所占的密度比例如表3所示。在6S手冊(cè)中給出4種基本粒子在10個(gè)不同波長(zhǎng)處的負(fù)折射指數(shù)的實(shí)部和虛部的數(shù)據(jù)，在給定氣溶膠類(lèi)型的情況下，用6S手冊(cè)中給出的數(shù)據(jù)，通過(guò)一些公式可以計(jì)算出氣溶膠在不同波長(zhǎng)處的復(fù)折射指數(shù)和介電常數(shù)。

表1 3種常見(jiàn)氣溶膠類(lèi)型中4種基本氣溶膠粒子所占的百分比%

　　比較分析Q1、Q2、Q3、Q4和Q5，發(fā)現(xiàn)在同一波長(zhǎng)處這5種氣溶膠的介電常數(shù)是Q2>Q1=Q3=Q5>Q4。以Q1為基準(zhǔn)，比較Q1、Q2和Q4，得出這3種氣溶膠介電常數(shù)的關(guān)系是Q2>Q1>Q4，而在圖5中，Q2中煤煙粒子的含量較高，而Q4中水溶粒子的含量較高，這就證明Q2比Q4的介電常數(shù)大。同理Q2比Q1、Q1比Q4的介電常數(shù)大。以Q6、Q7和Q8為一組，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析，可以看出在Q6中煤煙粒子的含量比Q7和Q8中的含量高，所以Q6的介電常數(shù)比Q7和Q8的介電常數(shù)大;而Q7和Q8中，煤煙粒子的含量與其他粒子的含量相差不大時(shí)，煤煙粒子還是在整個(gè)氣溶膠中起重要作用，其他粒子的影響不如煤煙粒子的大，故而Q7和Q8的介電常數(shù)之間相差不大。以Q9、Q10、Q11和Q12為一組，比較分析發(fā)現(xiàn)，在Q9中，煤煙粒子的含量比其他幾種氣溶膠中煤煙粒子含量小，所以Q9的介電常數(shù)是最小的。在Q10、Q11和Q12中，煤煙粒子的含量一樣，均為0.3;Q11中的水溶粒子的含量小于Q10和Q12，而水溶粒子的介電常數(shù)相對(duì)煤煙粒子來(lái)說(shuō)比較小，因此Q11的介電常數(shù)比其他2種的大。

　　綜上所述可見(jiàn)，4種粒子同時(shí)存在的情況下，當(dāng)水溶粒子和煤煙粒子固定時(shí)，灰塵粒子和海溶粒子的含量變化對(duì)整個(gè)氣溶膠的影響不大。而煤煙粒子的影響最大，且起決定性作用，海溶粒子的影響最小。

結(jié)論

　　(1)組成的基本粒子所占比例不同，所組成的氣溶膠的介電常數(shù)也不同，氣溶膠的介電常數(shù)隨組成成分的比例不同而變化。

　　(2)對(duì)于4種基本粒子，在同一波長(zhǎng)處，煤煙粒子的介電常數(shù)最大，海溶粒子的介電常數(shù)最小，水溶粒子和灰塵粒子的介電常數(shù)介于煤煙粒子和海溶粒子之間。

　　(3)在城市空氣中煤煙粒子含量高，海洋大氣中氣溶膠由海溶粒子和水溶粒子組成，這就導(dǎo)致了在城市空氣中氣溶膠介電常數(shù)最大，海洋空氣中氣溶膠的介電常數(shù)小，大陸的氣溶膠介于二者之間。

　　(4)在任意一種氣溶膠中，煤煙粒子對(duì)氣溶膠介電常數(shù)的影響最大，海溶粒子對(duì)氣溶膠介電常數(shù)的影響最小，灰塵粒子和水溶粒子的影響介于二者之間。

　　(5)4種粒子同時(shí)存在的情況下，當(dāng)水溶粒子和煤煙粒子固定時(shí)，灰塵粒子和海溶粒子的含量變化對(duì)整個(gè)氣溶膠的影響不大，灰塵粒子和海溶粒子的含量變化引起的介電常數(shù)的變化很小，變化幅度小于10-4。有些變化幅度不大，如海洋型氣溶膠，變化幅度在10-4以內(nèi);有些變化很大，如大陸型氣溶膠隨著成分的變化變成城市型氣溶膠，其介電常數(shù)也跟著變化，而其變化幅度比較大，最大達(dá)0.7。