由于氣溶膠的介電常數(shù)不易直接測量，氣溶膠的復(fù)折射指數(shù)的實部與其介電常數(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)的實部來求出其介電常數(shù)，并對4種基本粒子、3種常見類型的氣溶膠以及任意體積比混和建立的氣溶膠類型的介電常數(shù)進行了研究。

　　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)標準輻射大氣模型，可把對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種類型。氣溶膠對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輻射和地面輻射出的長波輻射，從而影響地-氣輻射收支;另一方面氣溶膠濃度變化會影響云的光學(xué)特性、云量，而云的變化反過來影響氣候。氣溶膠對全球溫室氣體的熱效應(yīng)的阻礙作用，在20世紀已被人們所認識，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，因而認識氣溶膠的氣候效應(yīng)對預(yù)測全球變暖更具有重要意義。大氣氣溶膠對地球表層系統(tǒng)的輻射收支有重要的影響，是大氣輻射傳輸過程中三大活躍要素之一。

　　大氣氣溶膠對氣候變化有重要的直接和間接的影響，通過氣溶膠粒子吸收和散射太陽輻射，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，也是大氣電場的介質(zhì)中的重要組成，它在大氣電場中有重要作用。大氣氣溶膠是大氣物理化學(xué)過程中的一個重要因素，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)展的一個很重要方向。筆者研究了不同類型大氣氣溶膠中的介電常數(shù)，由于氣溶膠的介電常數(shù)不易直接測量，氣溶膠的復(fù)折射指數(shù)的實部與其介電常數(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)的實部來求出其介電常數(shù)，并對4種基本粒子、3種常見類型的氣溶膠以及任意體積比混和建立的氣溶膠類型的介電常數(shù)進行了研究。

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λ的函數(shù)，由于譜分布可以由粒子計數(shù)器測量得到，λ=0.532μm，只要假設(shè)一定的折射率n就可以由Mie理論計算出來αa和S1。若計算出的αa和S1與測量結(jié)果在一定范圍內(nèi)相同或相近，此時假設(shè)的折射率就是大氣氣溶膠真實的折射率。根據(jù)Mie散射理論，計算了相函數(shù)(θ)、消光和散射系數(shù)，不對稱因子的基本部分界定其大小分布和折射率。計算在默認的20波長和83相位角(80高斯角，0°、90°和180°)或高達1000相位角(997高斯角，0°、90°和180°)的條件下完成。

　　3個基本氣溶膠類型模型可以由4個基本氣溶膠類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計算3個基本氣溶膠類型模型的復(fù)折射指數(shù)和介電常數(shù)的值。對于每一個組成部分，筆者計算了體積濃度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個常見類型氣溶膠中4種基本氣溶膠粒子所占的密度比例如表3所示。在6S手冊中給出4種基本粒子在10個不同波長處的負折射指數(shù)的實部和虛部的數(shù)據(jù)，在給定氣溶膠類型的情況下，用6S手冊中給出的數(shù)據(jù)，通過一些公式可以計算出氣溶膠在不同波長處的復(fù)折射指數(shù)和介電常數(shù)。

表1 3種常見氣溶膠類型中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)在同一波長處這5種氣溶膠的介電常數(shù)是Q2>Q1=Q3=Q5>Q4。以Q1為基準，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，對其結(jié)果進行分析，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，煤煙粒子還是在整個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)相對煤煙粒子來說比較小，因此Q11的介電常數(shù)比其他2種的大。

　　綜上所述可見，4種粒子同時存在的情況下，當水溶粒子和煤煙粒子固定時，灰塵粒子和海溶粒子的含量變化對整個氣溶膠的影響不大。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)對于4種基本粒子，在同一波長處，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，煤煙粒子對氣溶膠介電常數(shù)的影響最大，海溶粒子對氣溶膠介電常數(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種粒子同時存在的情況下，當水溶粒子和煤煙粒子固定時，灰塵粒子和海溶粒子的含量變化對整個氣溶膠的影響不大，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0.7。