Evaluations of particulate mass loading from visibility observations and atmospheric turbidity measurements

Summary

Two extinction models for continental and rural particles were defined by using a very accurate computer programme based on Mie extinction theory for spherical particles. The first extinction model gives several sets of volume extinction coefficients at seven visible and near-infra-red wave-lengths, calculated for twenty-seven Junge-type size distribution curves (with Junge parameter ranging from 1.8 to 4.4) and for eight relative-humidity values of the air. This model also gives the corresponding values of Ångström's exponent α and mean particle mass. The second extinction model gives similar sets of data, calculated for two lognormal size distribution curves of tropospheric and large rural particles at five relative-humidity values of the air. These monomodal models can be used to determine bimodal extinction models consisting of variable number fractions of tropospheric and rural particles. Evaluations of the particulate mass loading can be obtained from measurements of visual range and atmospheric turbidity, choosing the most appropriate extinction model on the basis of the spectral features characterizing atmospheric attenuation. Measurements of visibility and atmospheric turbidity in two rural localities of the Po Valley were examined by employing both the present extinction models and other extinction models commonly used. The comparison of the results shows that the Junge-type extinction model can be reliably used in cases in which the exponent α is equal to or larger than 1.4. For smaller values of α, the Junge-type extinction model and bimodal model were found to give realistic evaluations of the lower and upper limits of particulate mass loading.

Riassunto

Usando un programma di calcolo assai accurato, basato sulla teoria di Mie per l'estizione da particelle sferiche, si sono definiti due modelli di estinzione per particelle di origine continentale e rurale. Il primo di questi modelli fornisce diverse serie spettrali dei coefficienti di estinzione da particelle su percorso unitario, relativi a sette lunghezze d'onda nel visibile e vicino infrarosso e calcolati per ventisette distribuzioni dimensionali del tipo di Junge (con parametro di Junge che varia da 1.8 a 4.4) e per otto valori dell'umidità relativa dell'aria. Inoltre, questo modello fornisce i valori corrispondenti dell'esponente di Ångström α e della massa media delle particelle. Il secondo modello fornisce insiemi simili di dati calcolati per due distribuzioni dimensionali di tipo lognormale, relative a particelle troposferiche e a grandi particelle di origine rurale, e per cinque valori di umidità relativa dell'aria. Questi modelli monomodali possono essere usati per definire modelli bimodali di estinzione, composti da particelle troposferiche e rurali in percentuali numeriche variabili. Scegliendo il modello piú appropriato di estinzione sulla base delle caratteristiche spettrali di attenuazione atmosferica, si possono ricavare valutazioni del contenuto atmosferico di massa delle particelle da misure di visibilità e torbidità atmosferica. Misure di questo tipo, effettuate in due località rurali della pianura padana, sono state esaminate sia mediante i modelli di estinzione qui proposti sia mediante altri modelli di estinzione usati comunemente. Il confronto tra i risultati mostra che il modello di estinzione del tipo di Junge può dare risultati realistici nei casi in cui l'esponente α è maggiore di o egule a 1.4. Per valori minori di α, il modello di Junge e il modello bimodale forniscono rispettivamente una stima di minima e una stima di massima del contenuto atmosferico di massa delle particelle.

Резюме

Предлагаются две модели экстинции для континентальных и селяских частиц, используя очень точную программу, основанную на теории Ми сферических частиц. Первая модель экстинции дает несколько систем для коэффициентов общемной экстинции при семи длинах волн в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, которые вычислены для 27 распределений по размерам типа Джунджа (с параметром Джунджа в области от 1.8 до 4.4) и для восьми значений относительной влажности воздуха. Эта модель также дает соответствуюшие величины для экспоненты Ангстрема α и среднюю массу частиц. Вторая модель экстинции дает аналогичные системы данных, вычисленных для двух log-нормальных распределений по размерам для тропосферных и больших сельских частиц при пяти значениях относительной влажности воздуха. Эти мономодальные модели могут быть использованы для определения бимодальных моделей экстинции, которые учитывают изменяющиеся численные относительные содержания тропосферных и сельских частиц. Выбирая наиболее соответствуюшую модель экстинции на основе спектральных особенностей, характеризующих атмосфернэе ослабление, можно оденить массовое содержание микрочастиц из измерениц видимости и помутнения атмосферы. Анализируются измерения видимости и помутнения атмосферы в двух сельских райохах долины По, используя предложенные модели экстинции и обычно пременяемые модели экстинции. Сравнение результатов показывает, что модель экстинции типа Джунджа может быть надежно использована в случаях, когда экспонента α равна или больше, чем 1.4. Для меньших значений α получается, что модель экстинции типа Джунджа и бимодальная модель дают реалистические оценки для нижнего и верхнего пределов массового содержания микрочастиц.