近日，杭州电子科技大学通信工程学院胡淼教授、罗杰特聘教授团队，联合浙江省应急管理科学研究院、中国科学院空天信息创新研究院，广东省林业科学研究院、中国科学技术大学、中国21世纪议程管理中心、斯坦福大学、中国计量大学等单位，在Nature系列期刊《npj Climate and Atmospheric Science》在线发表题为“Critical Role of Single-Particle Partial Coating Fractions in Reproducing Black Carbon Absorption and Refining Climate Simulations”的研究论文。论文DOI为 10.1038/s41612-026-01470-0，发表日期为2026年6月29日。通信工程学院罗杰特聘教授为论文第一作者，胡淼教授、罗杰特聘教授为通讯作者。
无论是气候系统模式中气溶胶辐射强迫的定量评估，还是卫星遥感反演中大气校正与气溶胶光学厚度产品的生成，其核心算法均依赖于光散射模型所提供的吸收和散射系数等光学参数。光散射建模的精度直接决定了辐射传输模拟的可靠性，进而影响全球气候预测的可信度与卫星监测数据的定量应用水平。
黑碳气溶胶是大气中吸光能力最强的颗粒物之一，其单位质量的增温潜力可达二氧化碳的数千倍，被认为是仅次于二氧化碳的重要气候强迫因子。然而，现有模型对黑碳吸光增强的预估长期存在显著高估，其根本原因在于传统光散射模型未能准确描述真实大气中黑碳颗粒的复杂形貌与混合状态。围绕这一关键科学问题，团队从光散射建模出发，系统揭示了黑碳颗粒“不完全包裹”现象对吸光特性的调控机制，提出了一个可直接嵌入光电探测与气候系统模拟的参数化框架，为提升大气环境光学定量反演及气候模拟精度提供了新路径。
图1 均匀混合及非均匀混合的Mie模型均高估一些外场观测的吸收增强
研究将F定义为黑碳核心被包裹材料覆盖的体积比例，并首次将其作为独立参数引入光散射计算流程。这一创新的关键之处在于：传统光散射模型通常假设每个颗粒要么完全裸露、要么完全包裹，而真实大气中的黑碳颗粒则广泛分布于这两种极端状态之间。通过将单个部分包裹颗粒的吸收截面近似为完全包裹部分与完全裸露部分的线性加权组合，在保持Mie计算高效性的前提下，在光散射建模中实现了对涂层覆盖率的连续表征。这种“加权混合”策略在数学上虽为近似，但其计算成本远低于精确求解非对称颗粒的电磁散射问题，因而具备了在光电探测设备和大气监测系统中推广应用的可能性。
图2 在传统Mie模型基础考虑非均匀混合和部分覆盖
图3在气候模式中同时考虑非均匀混合状态和F参数化的影响
该研究将“单颗粒涂层覆盖率”这一微观形貌参数与光散射模型建立了直接的参数化联系，填补了黑碳混合状态光学模拟中一个长期被忽视的维度，为降低黑碳光学特性评估的不确定性提供了一条观测锚定的路径，也为下一代大气环境光学监测、卫星辐射传输与遥感以及气候系统中光散射模块的发展奠定了微观物理基础。
该成果充分体现了我校通信工程学院在光散射建模与光电探测领域的特色优势，也彰显了杭州电子科技大学在电子信息、光电技术与大气环境光学交叉前沿领域的科研实力与主流特色。
【期刊介绍】
《npj Climate and Atmospheric Science》是Nature系列国际权威期刊，关注气候与大气科学的前沿交叉研究，涵盖气候动力学、大气物理与化学、气溶胶-光相互作用、大气光学探测与遥感等方向。根据JCR 2026年发布的最新数据，该期刊2025年影响因子为9.6，五年平均影响因子为10.5。期刊位列中科院一区Top期刊，在大气光学、环境光学与地球系统科学交叉方向具有较高国际影响力。
