为了实现同时测量气溶胶粒子的谱分布和折射率,研制了一种新的双角度光学粒子计数器(D-OPC),该计数器采用60°和110°双散射角系统对气溶胶谱分布进行测量。利用Mie散射理论定义敏感函数,选取两个最佳的散射角,使其既对折射率敏感又不线性相关。然后,利用气溶胶折射率对两个散射角系统敏感性的差异来反演气溶胶折射率。最后,利用该仪器对大气气溶胶谱分布以及折射率进行实际测量。与TSI公司黑炭仪和浊度计测量的吸收系数和散射系数对比表明,双散射角光学粒子计数器测量气溶胶折射率和谱分布结果合理,测量误差<20%,可以满足同时测量气溶胶粒子谱分布和折射率的需要。

为了提高光学粒子计数器的测量性能,克服白炽灯和激光作光源带来的缺点,研制了一台光学粒子计数器.基于Mie散射原理测量粒子的粒径,以发光强度高、发光波长宽的LED为光源,具有白炽灯和激光作光源无法达到的使用寿命长和响应曲线单调的优点.与浊度计测量结果对比表明:该仪器的测量误差在15%以内,测量结果合理.由于该仪器光源使用寿命是白炽灯的60倍,可以根据需要对测量粒径任意分道,所以该仪器适用于测量和研究大气气溶胶粒子谱分布.

根据米氏(Mie)散射理论, 通过数值模拟分析了气溶胶折射率虚部ni在不同散射角度上对双散射角激光光学粒子计数器(L-OPC)响应曲线的影响, 定义了敏感函数。根据分析, 散射角应该在小于20°和40°～60°之间选取。以散射角系统ψ=9°,β=5°, λ=0.65 μm和ψ=50°,β=20°,λ=0.65 μm为例, 其中一个散射角受折射率虚部ni的影响较小, 另一个较大。在测量粒子谱分布的同时, 利用ni对不同散射角度响应曲线的影响差异, 来确定ni值, 并提出确定ni的方法。还给出了双散射角激光光学粒子计数器的模拟测量结果。

采用激光作光源的光学粒子计数器(L－OPC)克服了白炽灯作光源时使用寿命短、发光强度不稳定、需要经常标定的缺点，但激光波长的单一也带来了一些问题，如响应曲线对折射率敏感度的变化和多值性等问题。利用Mie散射理论，通过数值模拟实验，对L－OPC的这些问题进行了分析，提出了L－OPC实验样机的设计参数。

厦门地区气溶胶粒子是夜晚多、白天少、阴天多、晴天少,平均粒子谱夏季8月份的大于秋季11月份的,冬季3月份的位于两者之间.冬季3月份的Junge指数v(2.2～2.8)和秋季11月份的v(1.8～2.2)昼夜变化较大.而夏季8月份的v值昼夜变化较小(2.0附近),11月和3月份的Junge系数No大致分布在0.5～2.0之间,而夏季的No值非常大(2.5～7.0),这说明厦门地区夏季半径在1 μm处的粒子非常丰富.厦门地区的粒子数密度夏季昼夜变化不明显,而冬季和秋季昼夜变化明显,主要受相对湿度和逆温层的综合影响.厦门地区2004年8月大气气溶胶折射率虚部的平均值为0.016,其昼夜变化不明显,2005年3月折射率虚部的平均值为0.033,并且其值白天小、夜晚大,昼夜变化很明显.

2001年夏季和冬季,在北京市大兴区榆垡镇,利用光学粒子计数器、能见度仪和颗粒物质量监测器对近地面大气气溶胶粒子数密度、大气能见度、颗粒物质量浓度(PM10、PM2.5和PM1.0)等进行了联合观测实验,取得了大量相关资料.本文通过对不同尺寸大气气溶胶粒子的数密度与颗粒物质量浓度及大气能见度的多元线性回归分析,给出了利用粒子数密度计算PM10、PM2.5、PM1.0和大气能见度的经验计算公式.

介绍一种综合利用光学粒子计数器和能见度仪测量大气气溶胶折射率虚部的新方法。首先,使用光学粒子计数器测量出大气气溶胶粒子的数密度谱(待订正),用能见度仪同步测量出水平能见度。然后,根据球形粒子的米氏(Mie)散射理论,通过分析气溶胶粒子的折射率虚部、分档半径、粒子数密度谱、消光系数和能见度之间的关系,对分档半径进行订正,得到折射率虚部和能见度之间的对应关系。结合同步测量的能见度,反演出大气气溶胶粒子的折射率虚部。最后,利用折射率虚部对光学粒子计数器数据进行订正,得到大气气溶胶粒子的数密度谱。