一、   研究核心背景

大气气溶胶（尤其是棕碳气溶胶 BrC）通过气溶胶 - 辐射、气溶胶 - 云相互作用影响地球辐射平衡，其光学特性（如消光系数、散射系数、单次散射反照率 SSA、复折射率 RI）是量化直接辐射强迫的关键参数。传统测量方法存在滤膜散射干扰等缺陷，研发并评估新型 365 nm 波长 CAPS PMssa（CAPS-ALB） 监测仪精准捕捉 BrC 在紫外波段的强吸收特性。

二、   仪器核心参数与性能

1.   测量能力：同步测量颗粒物的消光系数和散射系数，时间分辨率达 1 秒，针对 PM1.0 亚微米气溶胶开展研究。

2.   精度指标：消光通道精度为 0.66 Mm⁻¹（1σ），散射通道精度为 0.45 Mm⁻¹（1σ），与可见光波段监测仪性能相当。

3.   校正系数：通过聚苯乙烯纳米球校准，200 nm 粒子截断校正因子为 0.90±0.002，300 nm 粒子为 0.80±0.002；几何校正因子 α=0.80，散射交叉校准因子 β=0.61。

4.   优势特性：无需额外进行波长、温度、压力及采样相关校正，成本更低、体积更紧凑，避免滤膜法的 artifacts 干扰。

三、   实验室研究应用

1.   实验设计：采用 PAM 氧化反应生成器生成吲哚（生物源 VOC 前体）和萘（人为源 VOC 前体）二次有机气溶胶（SOA），在有无 NOₓ及不同 OH 自由基暴露水平下，结合 SMPS（粒径分布）和 HR-ToF-AMS（化学成分）开展测量。

2.   关键发现：

l 复折射率反演：基于米氏理论和 PyMieScatt 软件，成功反演 BrC 的复折射率（RI = n + ik），其中 n 代表散射特性，k 代表吸收特性，结果与文献数据高度一致。

l 老化效应差异：吲哚 SOA 的 k 值随 OH 氧化老化降低（光漂白效应），萘 SOA 的 k 值随老化升高（含氮发色团生成）；NOₓ存在会增强吲哚 SOA 的吸收（k 值升高）。

l SSA 变化趋势：吲哚 SOA 的 SSA 随老化从 0.79-0.83 升至 0.94-0.97，萘 SOA 的 SSA 随老化从 0.98-0.99 降至 0.94-0.97，且受粒径和 NOₓ浓度调控。

四、   现场测量应用

1.   实验概况：2024 年 9 月 9 日 - 10 月 30 日在以色列雷霍沃特开展野外观测，同步测量环境 PM1 的光学特性、化学组成及粒径分布。

2.   核心结果：

l基础光学参数：消光系数测量范围 6-110 Mm⁻¹，散射系数 5-80 Mm⁻¹，SSA 均值为 0.76±0.05（范围 0.60-0.97），反映气溶胶光学特性的多样性。

l颗粒物爆发事件：观测到多次 BrC 主导的粒子爆发，特征为 SSA 从 0.86 骤降至 0.65、吸收系数从 <2 Mm⁻¹ 升至> 10 Mm⁻¹，且有机物与硫酸盐比值 > 2.5，与微型黑碳仪测量结果验证一致。

五、   研究结论

1.   365 nm CAPS PM SSA 监测仪在实验室和现场测量中均表现出高可靠性，可精准反演 BrC 的复折射率及光学特性演变。

2.   仪器能有效捕捉不同前体、氧化条件下 BrC 光学特性的差异，以及野外环境中 BrC 主导的污染事件。

3.   现有截断模型低估了 365 nm 波长下的截断效应，未来需优化模型以考虑积分球反射率降低等因素；建议开展跨季节长期观测，进一步拓展仪器在高污染负荷环境中的应用。

参考论文：

Ajith, T. C., Windwer, E., Fang, Z., Li, C., Modini, R. L., Onasch, T. B., … Rudich, Y. (2025). Evaluation of the 365 nm CAPS PM SSA monitor and its use in both laboratory and field measurements. Aerosol Science and Technology, 59(11), 1456–1474. https://doi.org/10.1080/02786826.2025.2488478