气溶胶吸湿性的影响因素及其对光学特性的影响

陈建华，沈毅成，迟翔予，竹双

环境基准与风险评估国家重点实验室, 中国环境科学研究院

气溶胶是指悬浮在大气中的固态或液态颗粒物，粒径大小在几nm 到几十µm，包括直接排放到大气中的一次气溶胶及通过气-粒转化形成的二次气溶胶。气溶胶不仅可以通过大气辐射效应影响全球气候，也对大气能见度及人类健康有重要影响[1-4]。

气溶胶在不同相对湿度（relative humidity，RH）下吸收水分的能力称为吸湿性，是气溶胶主要理化性质之一[5-7]。在未饱和条件下（RH 小于100%），与周围环境平衡的气溶胶颗粒会吸收或吸附水，从而改变其表面性质、相态、粒径大小等；过饱和条件下（RH 大于100%），气溶胶粒子可作为云凝结核（cloud condensation nuclei，CCN）形成云滴，部分颗粒可以作为冰核（INPs）形成冰晶[6,8-9]。

环境气溶胶的化学组分十分复杂，同时大气中的物理及化学过程也会影响气溶胶的组分、粒径大小、混合状态，从而影响气溶胶的吸湿增长[10]。根据测量原理的不同，环境气溶胶的吸湿增长主要分为粒径和光学吸湿增长[8-9,11]，分别对应于粒径〔Gf(RH)〕和光学〔f(RH)〕吸湿增长因子。目前已经有很多学者进行了气溶胶吸湿性的外场观测，吸湿串联差分电迁移率分析仪（HTDMA）及吸湿性浊度仪被广泛用于研究气溶胶粒径吸湿增长特性。Tan 等[12]利用HTDMA 所测得的吸湿增长因子及粒径分布数据，得到了珠三角地区气溶胶的液态水含量（ALWC），发现积聚模态的粒子对ALWC 贡献最大；Zhang 等[13]在乌鲁木齐使用HTDMA 观测发现，Gf(RH)在冬季和春季呈双峰分布，其中吸湿性气溶胶（MH）占据主要部分；Liu 等[14]研究了气溶胶吸湿性对能见度的影响，分析了f(RH)随湿度的变化。

气溶胶的吸湿增长会影响气溶胶含水量，从而影响气溶胶的光学特性，例如散射系数（σsp）、吸收系数（σap）、消光系数（σext）、单次散射反照率（SSA）和散射Ångström 指数（SAE）[15-18]。亲水性气溶胶吸湿增长后，其粒径大小及折射率会发生改变，在水平方向上通过消光系数影响大气能见度，在垂直方向上通过散射系数影响大气辐射效应。Cui 等[16]研究南京冬季气溶胶光学特性，发现RH 是影响消光系数的关键因素，随着RH 的升高，(NH4)2SO4和NH4NO3等组分会吸湿增长，从而增加散射截面，并降低能见度；Chen 等[19]提出了低能见度下的消光系数参数化方法，并发现在RH 小于90%时，高气溶胶浓度是低能见度的主要原因，而在RH 大于90%时，RH 是主要影响因素。Cheng 等[20]研究珠三角地区气溶胶吸湿增长对直接辐射强迫（DRF）的影响，发现DRF 随RH升高而增强，高RH（90%）下的DRF 是低RH（30%）下的3 倍。

笔者介绍了环境气溶胶吸湿性测量的主要方法，总结了粒径吸湿增长及光学吸湿增长的测量仪器，分析了气溶胶吸湿性的影响因素，并探究了吸湿性对气溶胶光学特性的影响，对未来气溶胶的吸湿性测量与研究进行了展望。

1 气溶胶吸湿性的主要测量方法

1.1 粒径吸湿增长测量方法

测量粒径吸湿增长是目前测量吸湿性应用最广泛的方法。1978 年，Liu 等[21]发明串联差分电迁移率分析仪（TDMA）。此后，研究表明TDMA 测量的尺寸分辨率很高，可达1%[22]。TDMA 不仅可以测量湿度增加（humidity-TDMA）引起的气溶胶粒径吸湿增长，还可以用来测量由于其他外加条件（如升温）导致的变化[23]。HTDMA 系统可以观测气溶胶粒径谱分布和粒径吸湿增长因子，从而估算气溶胶的化学组分和混合状态，目前在测量吸湿增长方面得到了非常广泛的应用[24-28]。

HTDMA 仪器由差分迁移分析仪（DMA）、粒子干燥管、中和器、加湿管以及粒子计数器（CPC）组成。环境气溶胶颗粒通过气溶胶干燥器后，其RH 降低到15%以下，干燥后的气溶胶流经电器中和器进行电中和，然后通过第一台DMA（DMA1）。DMA1通过电压的变化，筛选出准单分散的气溶胶颗粒，之后这些粒子分为两路：一部分粒子进入冷凝计数器（CPC1）计数；另一部分气溶胶通过加湿段，被加湿到一定的RH，然后通过第二台DMA（DMA2），并由CPC2 监测离开加湿段的气溶胶颗粒，从而得出气溶胶粒径大小分布及Gf(RH)[11,29]。

Gf 是指在一个设定的RH 下，加湿粒径（dw）和干燥粒径（d0）的比值[29]，其计算公式如下：

混合气溶胶的平均粒径吸湿增长因子（Gfmean）可由ZSR 混合定律获得：

式中 εi为第i组分的体积分数。

由于2 个DMA 在选择粒径时所带来的误差，原始的HTDMA 数据需要进行反演才能得到吸湿增长因子概率密度（Gf-PDF），目前应用最广的反演算法是Gysel 等[30]提出的TDMAinv 算法。该算法将反演的Gf-PDF 表示为分段线性函数，其主要优点是计算结果与初始值无关，特别适合分析大型TDMA 数据集。

1.2 散射吸湿增长测量方法

早在20 世纪70 年代，Covert 等[31]就开始应用加湿浊度计系统，测量气溶胶的光散射吸湿增长。该系统中，湿度控制系统用来调节RH，浊度仪用来测量加湿前后（干浊度仪测量加湿前，湿浊度测量加湿后）的气溶胶散射系数。此后的研究中所使用的加湿浊度仪，都是在此基础上不断优化，从而提高散射系数的测量精度。

常用的加湿浊度仪主要分为单波段和多波段2 种。单波段浊度仪只能在1 种波长下测量散射系数，目前应用较为广泛的是多波段浊度仪（Aurora 3000），可以在多个波段（450、525、630 nm）下研究气溶胶吸湿性增长[32]。样气先经过干燥管后流经Y 型不锈钢管分流器，之后分为两路：一路样气通入干浊度计，测量干燥状态下的气溶胶散射系数；另一路样气先经加湿管加湿后，进入湿浊度计，测量加湿后的气溶胶散射系数，从而得出气溶胶的f(RH)。温湿探头同时记录加湿后样气的温度、湿度。加湿单元采用水汽渗透加湿方法，半透膜能够渗透水汽分子，加湿管内的气溶胶粒子，而液滴被膜阻挡无法渗透出。温度越高，水汽渗透效率越高，加湿效率越高，加湿后的RH 可以达到90%。

气溶胶散射吸湿增长因子f(RH, λ)为吸湿后气溶胶散射系数与吸湿前的比值：

该系统使用LED 灯做光源，减少热量损失，增加了热反射镜，并且加入2 台水浴箱交替控制加湿过程，可大大提高加湿循环的时间分辨率，将水循环时间缩短至1 h，提高加湿效率。

1.3 其他测量方法

除以上2 种测量方法外，还有电动力学天平法、光悬浮法、电子显微镜法及光谱法等技术，不同方法的原理及适用范围如表1 所示。

表1 气溶胶吸湿性测量方法总结Table 1 Summary of techniques for aerosol hygroscopicity measurements

2 气溶胶粒径吸湿增长的相关计算

气溶胶的吸湿过程中粒径的增长可以用Köhler 理论来表述。在一定的RH 下，气溶胶会吸收水分与环境水汽压平衡，由开尔文效应和溶质效应可以得出下列公式[1]：

式中：S为饱和度；aw为水活度； σw为表面张力；Mw为水的摩尔质量； ρw为水密度；Dp为液滴直径；R为理想气体常数；T为温度。经典Köhler 理论对无机组分更加适用，但对于气溶胶中的有机组分却很难描述。

针对这种情况，Petters 等[43]引入了吸湿性参数（κ），可以更好地表述吸湿性：

式中：VS为干颗粒体积；VW为水的体积。

对于处于平衡状态的多组分体系，可应用Zdanovskii-Stokes-Robinson 定律[44]，得到粒径吸湿增长因子Gf 与RH 的关系：

ZSR 定律是最为简单、常用的预测气溶胶吸湿性的定律，除此之外还有E-AIM、ISORROPIA 和AIOMFAC 等模型应用较为广泛[45-47]，每种模型的适用条件和计算方法不同。

3 影响气溶胶吸湿性的因素

3.1 粒径对吸湿性的影响

由于开尔文效应的影响，粒径小于50 nm 的粒子，Gf 随粒径大小的变化会偏离理论值。纳米级气溶胶同时会受到纳米效应的影响，粒径减小到一定程度时潮解特性会发生明显变化[48]。Park 等[49]运用HTDMA 与TEM 测量多种纳米粒子〔NaCl、(NH4)2SO4、KCl 等〕的吸湿性，发现30、50、80 nm的NaCl 粒子具有与100 nm 颗粒相同的潮解行为，但对于小于20 nm 粒子的潮解相对湿度（DRH）明显 增 加，8 nm 的DRH 甚 至 达 到 了83%；相 反，(NH4)2SO4的DRH 不受粒径大小的影响，无明显潮解行为。Zieger 等[50]用不同的实验室方法生成海盐气溶胶，发现无机海盐的吸湿性增长比纯NaCl 低8%~15%，并发现小于150 nm 的无机海盐颗粒的吸湿性随粒径减小而增加。而对于易分解的NH4NO3和NH4Cl，其吸湿性对于RH 和d0十分敏感，在DRH 以下，当RH 小于5%时，所有粒径大小的粒子Gf 都接近于1.00[51]。Shen 等[52]将吸湿性研究扩展到粒径大小为600 nm 的气溶胶，发现对于Dp大于300 nm 的气溶胶有很多弱吸湿性组分（LH），导致吸湿性降低。Ying 等[53]研究Dp小于50 nm 的NaNO3粒子，发现颗粒物吸湿性与形状相关，50 nm 圆 形 粒 子（Gf 约 为1）和50 nm 角 形 粒 子（Gf 大于1）吸湿性不同，10 nm 以下的NaNO3粒子会收缩和消失。实验室中高饱和度下的无机胶热力学数据还十分缺乏，10 nm 以下的纳米级气溶胶吸湿性还需要进一步地研究。

同样地，对于有机气溶胶的粒径效应还研究得不透彻，除了实验室仪器限制[54]，还与有机物的易挥发性有关，这会导致HTDMA 测量过程中纳米级粒子的缺失[1]。Lei 等[55]运用纳米吸湿性串联差分迁移率分析仪（nano-HTDMA）研究左旋葡聚糖和葡萄糖气溶胶，发现粒径小于20 nm 时，Gf 对于粒径大小不敏感；而粒径小于6 nm 时，左旋葡聚糖的Gf 与粒径大小有明显的相关性。

3.2 化学组分对吸湿性的影响

大气颗粒物的吸湿性与化学组分密切相关。环境气溶胶含有大量的无机盐（硝酸盐、铵盐、硫酸盐、氯盐等），他们的吸湿性对于气溶胶产生重要的影响，多为强吸湿性。Gibson 等[56]用HTDMA、CCNC 和FITR 研究无机粒子，发现粒径为100 nm的NaNO3的Gf 随RH 升高而增加，并发现(NH4)2SO4在达到DRH之前，直径没有变化，达到潮解湿度后直径开始增加。除了NaCl 与(NH4)2SO4，对NaNO3、NaClO4等无机盐粒子的研究也较多。Zhang 等[57]用物理吸附分析仪来研究无机盐粒子的潮解现象，测得NaNO3的DRH 为74.5%，NaClO4为46.9%，并发现水吸附过程有2 个阶段（吸附过程与液滴稀释过程）。

有机物对气溶胶吸湿性有重要影响，环境大气中主要存在大量的二次有机气溶胶（SOA）以及水溶性有机物（WSOC），引起了学者的广泛关注。Varutbangkul等[58]测量了由倍半萜烯光氧化产生的SOA，发现RH 为85%时，Gf 低于1.05。Chu 等[59]进行烟雾箱试验研究α-蒎烯的吸湿性，发现与O3相比，引入氢氧自由基生成的颗粒Gf 升高得更加明显。有机硫酸盐（OS）是SOA 的重要组成部分，可以通过氢氧自由基、NO3、O3氧化BVOCs 产生。Estillore 等[60]用HTDMA 测 量 发 现，OS 的Gf 在1.29~1.50（RH 为85%），在低RH（小于30%）下也可以吸水。Han 等[61]利用HTDMA 研究氨基酸，发现天冬氨酸可以连续吸收水分，但Gf 略低（小于1.3），谷氨酸和丝氨酸的Gf 随RH 升高逐渐增强。

实际的环境大气中，气溶胶是多组分共存的混合体，因而多组分之间的相互作用及气溶胶的混合状态会对气溶胶的吸湿性产生复杂的影响。气溶胶中的无机物与有机物混合会使吸湿性发生改变。Asadzadeh 等[62]研究烷基铵盐与无机盐混合物的吸湿行为，发现将有机物与NaCl 混合后，DRH 和κ相对于纯NaCl 有所降低。有机物壳会滞后NaCl 的完全潮解点，并且有机壳越厚这种滞后作用越明显[63]。无机物与有机物的干质量比对混合颗粒的吸湿性有重要影响。Bouzidi 等[64]利用HTDMA 研究发现，(NH4)2SO4与有机酸的混合物在RH 较低时逐渐吸收水分，随后在(NH4)2SO4的DRH 附近颗粒物直径迅速增加。

生物气溶胶是大气气溶胶中的重要部分，包括细菌、古菌、病毒、藻类以及孢子、花粉等，生物气溶胶的吸湿性对人类健康及全球气候至关重要[65]。Lee 等[66]在实验室研究细菌的吸湿性发现，大肠杆菌及枯草芽孢杆菌在RH 大于85%时吸湿增长明显，Gf 分别高达1.34 和1.16。Tang 等[67]在实验室对6 种风媒植物花粉（美洲山杨、美洲黑杨、豚草、玉米、山核桃、纸桑树）的吸湿性进行研究，发现它们具有强吸湿性，花粉质量吸湿增长30%~50%（RH 为90%，T为25 ℃）。Chen 等[68]首次测量了我国11 种花粉（6 种风媒花粉、5 种虫媒花粉）的吸湿性，发现所有花粉均表现出一定的吸湿性，在RH 为90%、T为25 ℃的条件下，κ为0.036~0.048。同时，花粉颗粒的吸湿增长会造成其形态结构的改变。贾嘉等[69]结合扫描电子显微镜研究花粉颗粒的吸湿性增长，发现锦带花花粉颗粒在干燥状态时表现为一种内部镂空的塌陷结构，而在吸湿过程中颗粒会鼓起并逐渐接近于球形。

矿尘气溶胶是对流层中最主要的气溶胶之一，其寿命可达到数天，传输可达数千公里，它可以通过影响太阳辐射进而影响全球气候效应等[6]。矿尘颗粒在一定的RH 下会吸收水分，水分吸附在颗粒表面，随着吸湿增强吸附水的层数增加。Ma 等[70]用HTDMA 测量了实验室生成的100 nm 的CaCO3颗粒，发现在RH 为52%时，颗粒表面形成了1 层吸附水，在RH 为90%时形成2 层，RH 为95%时增加到3 层。伊利石气溶胶颗粒在532 nm 处的消光吸湿增长随RH 增大而增强，生长因子在较低RH 时小于1，可能是由于颗粒物形态的变化[71]。颗粒物的老化也会对矿尘气溶胶吸湿性产生重要作用。Al-Abadleh 等[72]发现，CaCO3单晶体在一定条件（RH为23%，T为295 K）下暴露于HNO3后，其吸附的水量显著增加，这是因为其表面因老化形成了Ca(NO3)2。

3.3 混合结构对吸湿性影响

气溶胶的混合结构对于研究气溶胶吸湿性具有重要意义。Müller 等[73]在日本运用HTDMA 与云凝结核计数器研究夏季气溶胶的吸湿性，发现在7 月9—11 日气溶胶为以有机物为主的外混状态，从而导致了气溶胶吸湿性降低。而Hersey 等[74]发现在气溶胶从洛杉矶西部向东部演变的过程中，其从外部混合状态过渡到内部混合状态，导致κCCN和κGf的差异变大。气溶胶的混合状态具有昼夜变化。Yin 等[75]研究冬夏两季广州城市气溶胶发现，在白天气溶胶以外部混合为主，κ较大，吸湿性较强；在夜间和清晨则更倾向于内部混合，κ较小，吸湿性较弱。Sarangi 等[76]运用单颗粒烟尘光度计和HTDMA 研究难熔黑碳气溶胶发现，对于爱根核模态（Dp小于100 nm）的颗粒多为难熔黑碳，吸湿性较低；而积聚模态（Dp大于等于100 nm）的颗粒含有大量的非难熔黑碳，吸湿性较高。

城市地区受人为源影响，污染天气过程频发。污染条件对颗粒物混合状态有重要影响。在重度污染事件过程中，受一次排放物的影响，小颗粒外混程度更强，吸湿性更低[26]。Xia 等[77]利用吸湿性浊度计研究北京市气溶胶，发现散射系数和吸收系数随着污染物累积而增加，但是SAE 却下降，即粗颗粒物对散射和吸收的贡献增加，并且细颗粒（SAE 大于1.5）的吸湿性比粗颗粒（SAE 小于1.0）的吸湿性更强。黑碳气溶胶在受人为污染的大气边界层（PBL）中，其包裹层厚度增大，污染期的吸湿性参数（κBCpollution为0.24±0.03）相比于清洁期吸湿性参数（κBCclean为0.15±0.02）更高[78]。Lee 等[79]研究东亚污染羽流发现，当黑碳与有机碳（OC）和灰尘颗粒混合时，质量吸收截面（MACs）很高，并且OC 含量较高的气溶胶MACs随RH 增高而减小。Ding 等[80]研究天津重污染期间的气溶胶吸湿性，发现RH 为80%时，积聚模式粒子的Gf 在污染日为1.30~1.45，高于清洁日（1.2~1.3）。Yuan 等[81]研究了成都冬季污染期间的气溶胶吸湿性，发现在清洁期和污染累积期，更多直径大于80 nm 的气溶胶被内部混合，导致气溶胶吸湿性增强。

4 气溶胶吸湿性对光学特性的影响

4.1 气溶胶的Mie 散射理论

散射是指电磁波在通过折射率非均一性的介质时，入射波波阵面扰动，造成入射波一部分能量偏移原传播方向而向其他方向发射的过程。1908 年，德国科学家Gustav Mie 运用麦克斯韦方程，在适当的边界条件下，给出了球状粒子散射的精确解[82]。Mie 散射理论中，以电磁波传播的光波遇到球状粒子后，一部分被吸收转变为其他形式的能量，另一部分改变传播方向发生散射。该理论的前提是颗粒的粒径与入射光波相当，即尺寸参数适用于可见光条件下的气溶胶散射[1]。

Mie 散射理论中的an和bn是Mie 散射系数，为复数形式，是计算σap及σsp的关键，可表示为：

式中：α为尺寸参数，m为复折射指数， ψn与 ζn是黎卡提-贝塞尔（Ricatti-Bessel）函数[83]。复折射指数是表征气溶胶光学性质的重要参量之一，由实部和虚部组成，实部表示粒子对光的散射能力，虚部表示粒子对光的吸收能力[1]，可用m=mr+mi×i表示[84]。

通过上述表达式，可以推导出与球形粒子散射特性相关的其他光学参数。对于折射率非均一的介质，粒子的消光截面（Cext）包括散射截面（Csca）和吸收截面（Cabs）。散射效率（Qsca）是粒子的散射截面与几何横截面的比值，同理可得到消光效率（Qext）和吸收效率（Qabs）：

Mie 散射理论中，散射效率与吸收效率可以用an和bn计算得到：

式中Re 为取复数的实数部分。

Mie 散射理论至今已有100 多年的历史，他不断地被发展完善，并广泛运用于各个领域。Mie 散射理论用来计算粒子直径与波长相当的情况，适用于绝大多数气溶胶的散射，并且可以与瑞利散射理论相结合解释大多数的大气光学现象。在真实大气中的气溶胶大多可认为是球形颗粒，结合复折射指数，可以通过Mie 散射理论计算σsp及σext，进一步可计算后向散射比（BSF）、单次散射反照率（ω0）、SAE 等光学参数[85]。Mie 散射理论对于研究气溶胶光学性质具有重要意义。

含有吸湿性化学组分的气溶胶在吸水增长后，有更多的粒子增长到光散射能力更强的粒径范围内，气溶胶含水量增加，复折射指数发生变化。随着吸湿增长，气溶胶粒子群的散射系数、后向散射系数增加，从而对大气能见度及辐射强迫造成影响[86-87]。

4.2 气溶胶吸湿性对能见度的影响

大气能见度（VIS）是公众对空气质量的直接视觉感受，随着我国经济的发展，城市中的低能见度事件在社会上引起广泛关注。根据柯斯密德（Koschmieder）定律，能见度可表示为与消光系数的反比关系：

式中K在不同观测中取值不同的，一般取3.0[19]。

自2013 年国家颁布一系列大气污染控制措施以来，我国许多地区PM2.5浓度显著降低，但由于能见度对PM2.5浓度的非线性效应，大气低能见度事件没有得到同等程度的削弱，尤其是冬季[19,88-89]。如Xu 等[90]研究表明，在严格的减排措施下，珠三角地区大气颗粒物质量浓度降低了30%，然而低能见度事件频率却只降低了5%左右。在低RH 下，能见度主要受气溶胶质量浓度影响；而随着RH 增大，气溶胶吸湿增长导致光散射增强，促使能见度下降[31,91-93]。Xue 等[94]利用吸湿性浊度仪研究表明，随着气溶胶吸湿增长，光学吸湿性参数（κsca）增强与体积散射效率（VSE）增强，导致能见度下降。Liu 等[88]研究发现，随着颗粒物中硝酸铵的比例上升，粒径吸湿增长因子Gf 呈上升趋势，增加了消光，使能见度降低。

大气颗粒物中的液态水含量（ALWC）是颗粒物主要成分之一，对空气中颗粒物总质量浓度、大气化学反应速率以及大气光学性质有重要作用[95]。随着环境RH 的增大，气溶胶吸湿增长由固态变为液态，当环境RH 大于80%时，气溶胶中亲水性的化学组分吸湿长大，其吸湿增长的速度变快，ALWC 占据总体积的很大一部分[96]。ALWC 将会影响气溶胶的光学特性，使气溶胶消光增加，促使能见度下降。Young 等[97]研究发现，大气颗粒物中的NO3-与ALWC 的相互作用，使气溶胶吸湿性增强，增加了消光，能见度降低。Deng 等[98]研究广州的一次重污染事件发现，高环境RH 导致气溶胶吸湿增长加强，ALWC 变高，颗粒物粒径增加到更有利于光散射的范围，降低了能见度。Ting 等[99]研究发现，在RH 从60%增加到90%的情况下，ALWC 对颗粒物消光贡献最大，使能见度降低了约15 km。

4.3 气溶胶吸湿性对大气辐射的影响

大气中的气溶胶在地球大气辐射平衡和全球气候变化中发挥着重要作用，它可以通过吸收和散射太阳光直接影响地球的大气辐射平衡[100-102]。气溶胶光学特性是准确估计气候模型中气溶胶直接辐射强迫（DARE）的关键输入参数[103]。通常，气溶胶光学特性是在干燥条件下测量的（RH 小于40%），以保证测量的有效性[104]。而气候模型中，对气溶胶辐射强迫的估计缺乏足够的与RH 有关的气溶胶光学参数作为输入参数。因此，研究气溶胶吸湿性对估计辐射强迫，提高气候模型的准确度有重要作用。

RH 对直接辐射强迫的影响可用以下公式[105]表示：

式中：D为相对昼长；S0为太阳常数；Tatm为大气透过率；AC为云量分数。这些参数都与RH 无关。光学厚度（δ）、向上散射比（β，由后向散射比b计算而得）和单次散射反照率（ω0，ω0=σsp/σext）与RH 有关[87,106]，对辐射强迫的估计至关重要。Tao 等[107]研究华北平原典型气溶胶的ω0，发现ω0的增强从RH 为55%时的0.89 持续增加到RH 为94%时的0.95。Gloria等[106]研究发现，RH 的增加导致ω0增加，β减少，气溶胶辐射强迫的冷却效应变大（ΔF<0）。

相对于干燥条件下，一定RH 下的辐射强迫与f(RH)、ω0和β有关，可用下式表示[87]：

Xia 等[104]在北京观测发现，随着RH 的增加，β减少，ω0增加，在RH 为80%时，气溶胶辐射强迫是干燥条件下的1.48 倍〔ΔF(80%)/ΔF(dry)为1.48〕。同样地，Cheng 等[20]发现广州地区的ΔF(80%)/ΔF(dry)约为1.4。Im 等[108]研究美国东部气溶胶发现，大陆污染气团和大陆清洁气团的ΔF(80%)/ΔF(dry)分别为1.46 和1.44，不同来源的气团相差不大。气溶胶的直接辐射强迫对RH 高度敏感。Fierz-Schmidhauser 等[87]发现，气溶胶辐射强迫随着RH的增加而增加，但是当考虑β和ω0随RH 的变化时，气溶胶辐射强迫会略有下降。Luoma 等[109]研究气溶胶辐射强迫的长期变化发现，气溶胶倾向于对气候产生冷却效应，并发现b对RH 的敏感性高于ω0，夏季RFE 更小。

除了地面观测之外，还有一些学者研究了RH 对柱状气溶胶垂直光学性质的影响。气溶胶的吸湿增长导致气溶胶光学厚度（AOD）随着RH 增加，从而使地表和大气层顶的气溶胶辐射强迫随RH 增加[110]。Shinozuka 等[111]在飞机上使用2 台浊度仪进行观测，研究了RH 对环境AOD 的影响，发现由于吸湿作用而产生的AOD 部分占了37%。Brock等[112]对AOD 进行观测的敏感试验，发现AOD 对RH 高度敏感，在RH 为10%~90%时，AOD 在0.137~0.305 之间变化。Kuang 等[113]研究华北平原夏季气溶胶发现，对于大气层顶（TOA）处的直接辐射强迫，由于吸湿增长所导致的AOD 与ω0的增加大大增强了气溶胶引起的冷却效应，而不对称因子（g）对RH 的依赖性将对此进行一定的补偿。

5 结语

气溶胶的粒径吸湿增长多用HTDMA 进行测量，得到粒径吸湿增长因子Gf；散射吸湿增长与气溶胶的光学性质有关，利用浊度仪可以测量出散射吸湿增长因子f（RH,λ）。气溶胶的吸湿性可用吸湿性参数κ表示，粒径、化学组分、污染条件及混合状态对气溶胶吸湿性产生重要影响。气溶胶吸湿增长后将改变液态水含量，复折射指数发生变化，从而影响气溶胶对光的散射能力，对大气能见度和辐射强迫方面产生影响。研究气溶胶吸湿性对于更好地分析污染物来源、空气质量的影响因素以及人类健康效应有重要意义。

气溶胶在观测手段、研究方法等方面还需要进一步地研究。第一，受限于温度、RH 的调节能力，目前吸湿增长测量系统的RH 多局限在90%以下，针对高RH（大于95%）吸湿增长测量系统的研究还不足。第二，目前气溶胶吸湿性的地面观测数据较为充足，但是缺少垂直观测数据，未来气溶胶吸湿性的高海拔观测还应进一步增加。第三，对于颗粒物吸湿增长与形态的关系研究还不够深入，需要进一步分析不同吸湿性的气溶胶形态、表面张力和黏度的变化规律。第四，国内对于气溶胶光学吸湿增长的研究多集中在吸湿状态下的光学参数的测量，但对于脱水状态下的气溶胶光学特征研究不足，未来应广泛进行脱水状态下的吸湿性研究。