Ослабляют ли аэрозольные частицы больше УФ-А по сравнению с УФ-В?

Во-первых, определение того, что именно называется твердыми частицами , согласно статье Департамента окружающей среды и энергетики Австралии, посвященной частицам . определяются как:

Частицы в воздухе иногда называют «твердыми частицами» или «ТЧ». К ним относятся пыль, грязь, сажа, дым и капли жидкости. Некоторые частицы достаточно велики или достаточно темны, чтобы их можно было увидеть как сажу или дым, в то время как другие настолько малы, что их можно обнаружить только по отдельности с помощью микроскопа.

Твердые частицы дополнительно определяются их размером (по ссылке выше):

Частицы можно классифицировать на основе их размера, называемого их «аэродинамическим диаметром». «Крупные частицы» — это частицы диаметром от 10 до 2,5 микрометров (мкм); «мелкие частицы» меньше 2,5 мкм; и «сверхмелкие частицы» меньше 0,1 мкм. Для сравнения, диаметр человеческого волоса составляет 70 мкм, а это в семь раз больше диаметра самых крупных «грубых частиц».

Классификации часто называют$PM_{10}$,$PM_{2.5}$и$PM_{0.1}$для «обычных», «тонких» и «ультрадисперсных» твердых частиц соответственно. Можно провести дальнейшую классификацию химической токсичности и т. д., но это выходит за рамки этого ответа.

Было замечено, что размеры частиц твердых частиц являются бимодальными, как это видно на диаграмме с веб-страницы Государственного университета Среднего Теннесси (MTSU) «Видимость и рассеяние света в атмосфере »:

Точка между двумя пиками составляет примерно 2,5 мкм.

Сравнение между фракциями размера и другими небольшими объектами показано ниже, просто чтобы получить некоторое представление:

Источник изображения: Clinicgate.com

Изучение воздействия всех аэрозолей, особенно твердых частиц, на поступающее солнечное излучение представляет большой интерес для атмосферных наук, поскольку оно представляет собой основной источник неопределенности в радиационных моделях. Исследование того, как ТЧ влияют на УФ-излучение (как УФ-А, так и УФ-В), отчасти было в центре внимания многих (таких, как я), занимающихся фотобиологией.

Есть несколько осложнений, связанных с ТЧ, некоторые виды выбрасываются определенного размера, но из-за химических и других процессов они могут превращаться в гораздо более крупные вторичные частицы. Кроме того, некоторые виды имеют различное поглощение определенных диапазонов волн в УФ (и других длинах волн света). Итак, этот ответ будет сосредоточен на размере частиц и их влиянии на входящее УФ-излучение.

Ключевой момент, сделанный веб-страницей MTSU (ссылка выше), дает общий ответ на один из ваших основных вопросов (« Будет ли затухание в основном из-за рассеяния? »):

Рассеяние света вызывают все атмосферные частицы, но наиболее эффективно рассеивают фотоны частицы, диаметр которых очень близок к длине волны света.

На веб-странице MTSU представлена ​​сравнительная таблица между электромагнитным излучением и некоторыми распространенными типами аэрозолей/PM — особый интерес для этого вопроса представляет солнечное излучение в УФ-диапазоне:

Важно понимать, что рассеяние относится к свету, полученному частицей и переизлученному на той же длине волны.

Это относится к основной части вашего вопроса: ослабляются ли аэрозольные твердые частицы в большей степени в УФ-А, чем в УФ-В - (по сути, длины волн около 295 нм и выше, разделенные на 315 или 320 нм, в зависимости от того, на какую ссылку вы ссылаетесь (Рабочая работа IARC ) Монография группы - Солнечное и ультрафиолетовое излучение )).

По сути, общий ответ таков: это зависит от размера присутствующих твердых частиц аэрозоля . Этот процесс хорошо описан на веб-странице MTSU следующим образом:

Частицы крупнее длины волны света могут рассеивать свет посредством трех процессов: (1) дифракции, (2) преломления и (3) фазового сдвига. Фотоны света также могут поглощаться частицами и преобразовываться во внутреннюю молекулярную энергию. Эффективность, с которой частица может рассеивать свет, и направление, в котором перераспределяется падающий свет, зависят от всех этих четырех эффектов.

Тип рассеяния показан на диаграмме ниже (из Пенсильванского государственного университета):

Ми Рассеяние

«Рассеяние Ми» предполагает ситуации, когда размер рассеивающих частиц сравним с длиной волны света, а не намного меньше или намного больше.

Ратилеевское рассеяние

представляет собой (преимущественно) упругое рассеяние света или другого электромагнитного излучения частицами, намного меньшими, чем длина волны излучения.

TL:DR этого заключается в том, что, как правило , UVB имеет тенденцию рассеиваться твердыми частицами больше, чем UVA. - Как подчеркивается на графике (из МТСУ) ниже:

Поглощение также является важным фактором, когда речь идет об ослаблении УФ-излучения, особенно сажи или «черного углерода», которые присутствуют везде, а не только в городской среде. Тем не менее, есть много видов, которые поглощают ультрафиолетовое излучение - это во многом зависит от свойств самих видов PM - но в целом поглощение больше влияет на UVB, как видно на графике SCHIMACHY ниже:

Источник изображения: Извлечение глобального прямого эффекта аэрозоля из пассивных гиперспектральных измерений.

Итак, резюмируя все это:

Величина ослабления из-за рассеяния и поглощения УФ-излучения (УФ-А и УФ-В) твердыми частицами зависит от количества. размер и тип присутствующих твердых частиц И интенсивность поступающего УФ-излучения (время года, облачный покров и т. д.). В целом, УФ-В, который уже отфильтрован атмосферой, подвержен большему рассеянию и поглощению (в зависимости от вида ТЧ), чем УФ-А.