用滤膜法观测大气冰核的静力扩散云室

介绍了经过改进的用滤膜法观测冰核的静力扩散云室及其取样装置。叙述了其各组成部分的原理、结构、达到的性能指标，分析了各系统的工作对冰核活化条件的影响。给出了对相对稳定的人工ＡｇＩ冰核源作不同体积的取样和不同温度下的处理结果，同时也给出了用该设备对北京市海淀区冬季冰核浓度的日变化所做的初步观测结果。     

用5L混合云室观测抚顺市大气冰核浓度

利用改进的Bigg型混合云室于2011年5-11月在辽宁省气象局抚顺大气成分站对近地层大气冰核浓度进行了测量。根据测量结果,分析冰核浓度日际变化和季节变化特征,讨论了风、气压、气温和湿度以及天气状况等气象要素对大气冰核浓度的影响。结果表明：观测期间,抚顺市大气冰核浓度平均为30个·L_-1（-20 ℃时）;冰核浓度随活化温度的降低呈指数式增加;气象因子对冰核浓度有一定的影响,不同季节影响的程度不同。     

一个用于催化剂成冰性能检测的新型等温云室

云雾物理实验是我国大气科学研究需要加强的一个方面, 文中介绍了中国气象科学研究院新建用于人工冰核催化剂成冰性能研究的1 m3等温云室。阐述了该云室主要结构组成、 性能特点、 附属设备和实验程序, 以及所开展的催化剂成冰效率的初步检测研究。实验结果表明, 该云室在原建系列云室基础上, 对制冷及保温性能有很大的改进和优化, 更适合催化剂成冰性能检测和研究, 为今后我国开展云雾、 降水微物理实验研究和提高人工影响天气催化技术水平提供了一个有用的综合研究平台。     

新型扩散云室搭建及其对黄山地区大气冰核的观测研究

本研究利用自行搭建的大气冰核高压静电采样器和静力真空水汽扩散云室,并结合其他大气冰核及气象要素观测仪器,于2011年5～9月及2012年9～10月在黄山三层不同高度上同时进行大气冰核及相关气象要素的连续观测。结果显示:黄山地区总冰核数浓度平均为18.74 L-1,凝结冻结核化冰核数浓度平均为0.79 L-1,凝华核化冰核数浓度平均为0.19 L-1。黄山地区冰核数浓度,随着高度的增加而减小;且存在春季较高、秋季居中、夏季较少的季节变化规律;下午达到一天中的最高值,夜晚达到一天中的最低值;总冰核数浓度较北方少。黄山山顶冰核数浓度随活化温度的升高而减小,随过饱和度的升高而增大,随风速的增强而增大,长期主要由西南风向山顶的输送,且其主要由大粒子来充当。     

在线连续流量扩散云室对华北冬季大气冰核的观测分析

利用国内首台在线连续流量扩散云室,2017年冬季在华北地区高山站开展了大气冰核观测;结合常规气象要素、降水滴谱、气溶胶观测,分析了大气冰核数浓度特征,并对冰核活化参数化方法以及降雪对冰核的影响进行了研究。结果表明:（1）大气冰核在不同时间的浓度差异较大,?20°C时数浓度变化范围为2.50～76.8 L?1,平均值为18.347 L?1;（2）大气冰核浓度随活化温度降低呈指数增加趋势,随过饱和度增加呈指数增加,凝华核化所占比例约为18.64%;（3）大气冰核与粒径大于0.5 μm的气溶胶数浓度的关系可用参数化表示,相关性大于仅基于活化温度建立的参数化公式;（4）降雪过程大气冰核具有先增加后减少的特征。降雪开始后大气冰核数浓度增加,降雪后期系统过境伴随的大风,对气溶胶的清洗作用明显,大气冰核随之减少。本研究为在线连续流量扩散云室类型的冰核观测仪在国内首次使用,所建立的冰核参数化公式有助于华北地区冬季地形云及其降水的微物理特征研究,同时在云模式的发展和人工影响天气研究中也有重要的参考意义。     

大气冰核研究进展

大气冰核在冷云降水物理过程、人工影响天气、云和气溶胶的气候效应乃至全球变化等对大气和气候方面的研究中具有重要的意义。本文主要从大气冰核的观测方法、来源、化学组成、成冰活性、浓度时空分布及其与气象条件如天气系统、天气现象、气象因子等各方面综述了国内外近几十年大气冰核的研究进展,并在探讨国内外大气冰核研究现状的基础上,提出...     

冰核观测中两种滤膜采样方法的比较

大气冰核观测是研究自然冷云降水和人工影响天气的一项基础性工作,滤膜—扩散云室法是观测冰核浓度的主要方法之一。为检测分析两种滤膜采集方法对冰核观测结果的影响,2011—2015年用自制的大气颗粒物采样器和FA-3型撞击式9级采样器开展了平行采样试验,采集的滤膜样本均在同一静力扩散云室中进行冰核活化显现分析。结果表明：自制采样器较9级采样器观测的冰核浓度高数倍甚至数十倍,但两者随季节和不同气象条件的变化表现出一致的起伏特征。自制采样器适用于对大气中总的冰核浓度分布及理化特征研究;9级采样器适用于对PM₁₀中不同粒径段大气冰核浓度和尺度分布以及理化特征的研究。滤膜法对冰核数量的低估与采样体积成正比,改变采样器气泵的抽气流量和控制采样体积对改进“体积效应”影响均有明显效果。     

南京地区大气冰核浓度的测量及分析

2011年5～8月期间使用5L混合型云室以及静力扩散云室对南京不同成核机制的大气冰核进行了观测,进而分析了近地层冰核浓度特征。结果表明:活化温度为－20°C时,5L混合型云室观测的总冰核浓度为20.11个/L,静力扩散云室模拟高水汽(计算的云室内水面过饱和度为5%)和低水汽(计算的云室内冰面过饱和度为5%)条件下冰核浓度分别为0.93个/L以及0.29个/L。晴好条件下冰核浓度具有明显的日变化特征,白天冰核浓度高于夜间;在下午时段冰核浓度达到全天最高值,这说明大气冰核可能与大气湍流强度、人类活动以及工业污染有关。降水对冰核的清除作用明显,台风系统过程中冰核浓度明显增加。南京地区冰核浓度随温度降低和湿度增加而增加。后向轨迹模式分析表明东北海洋气团冰核浓度最高,不同气团中冰核浓度的差异随着活化温度的降低而减小。个例分析秸秆燃烧生成的PM₁(大气中直径小于或者等于1 μm的颗粒物)与冰核关系发现燃烧产物对冰核有一定的贡献。     

云室中两种检测冰晶方法的比较

通过实验比较了在云室中检测冰晶的两种方法－糖盘法和玻片法，结果表明玻璃片测到的冰晶数比糖盘高数倍，讨论了两种方法检测的上下限，优缺点及应用范围。     

亚青会期间南京地区大气冰核的观测分析

2013年8月2—26日亚青会期间对南京地区进行了大气冰核的观测采样,同时结合气溶胶、气象要素等观测资料,研究了南京地区大气冰核浓度的分布特征,探究在污染管控措施下大气气溶胶的变化是否对冰核浓度产生影响。结果表明,大气气溶胶浓度在污染管控的措施下明显降低,冰核浓度在多种因素影响下没有明显降低的变化趋势,但有明显的日变化特征。燃放烟花的空气污染时刻,大气冰核浓度随污染物浓度的增加会明显增加。当活化湿度达到水面过饱和,温度范围为-12~-23℃时,南京夏季的冰核浓度范围为0.38~50.55 L~(-1)。将活化温度和冰面过饱和度同时加入到参数化公式中得到大气冰核浓度N(T,S_i)=0.003 1exp(-0.254 9T+0.161 6S_i)。进一步分析冰核浓度与PM_(2.5)、PM_(10)、PM_(10)-PM_(2.5)的关系,发现冰核浓度与PM_(10)-PM_(2.5)的相关性较高,相关系数为0.55,说明大粒径气溶胶粒子更容易充当冰核,大粒径气溶胶在冷云过程中起着更为重要的作用。     

云室在云雾物理学研究中的应用进展

云室是云雾降水物理学的实验室装置,在云物理实验研究方面一直有着广泛的应用。本文介绍了目前国内几种主要云室的构造和基本性能,以及它们在大气冰核浓度的观测与研究、高效碘化银焰剂及其成冰性能的研究、液氮（LN）消雾成冰性能的实验研究、稀土化合物成冰性能的实验研究、冰雪晶碰并勾连增长的实验与观测分析中的应用,并着重介绍了这几方面试验研究目前在国内的进展情况。     

福建古田人工增雨试验区大气冰核观测研究

为了解福建省古田人工增雨试验区大气冰核特征,2017年5-6月利用5 L便携式混合云室在古田站、石塔山站开展大气冰核观测,对大气冰核在不同海拔的分布特征、差异、来源及其与气象条件的相关性进行分析。结果表明:(1)当降水强度>5 mm·h^-1时大气冰核受雨水冲刷影响明显;(2)不同活化温度下,各站下午观测的大气冰核浓度基本上大于上午;(3)古田站大气冰核浓度与温度正相关,与气压负相关,其余相关性不大;(4)西南来源的大气冰核浓度高于东面台湾海峡来源,相同来源下低海拔大气冰核浓度略高于高海拔;(5)相比我国其他城市,古田试验区测到的大气冰核浓度在活化温度为-20^-10℃时偏高,-30^-25℃时偏低;(6)当活化温度为-10℃时冰核浓度极低,古田试验区宜开展冷云催化人工增雨试验。     

沈阳春夏季大气冰核浓度的观测研究

为了解沈阳地区大气冰核浓度的时空分布状况,2010年起开始对沈阳地区的大气冰核浓度分布进行观测和研究.地面采用Bigg型混合云室法和滤膜法进行冰核气溶胶的采样测量,高空利用辽宁省人工影响天气办公室租用的人工增雨飞机进行滤膜法采样.采样滤膜的处理都是统一在活化温度-15℃及冰面过饱和度20％、水面过饱和度3％的湿度条件下进行的.根据取得的部分观测资料,给出了沈阳春夏季大气冰核的浓度及冰核温度谱分布参数,分析了冰核浓度在3～6月各月以及在不同天气状况下的分布特征,初步给出了大气冰核浓度的尺度谱分布及其随高度的变化.     

南京地区冬季大气冰核特征及其与气溶胶关系的研究

2011年11月15日～12月2日期间对南京地区近地面大气气溶胶和冰核进行了同步观测,综合分析了 冰核浓度的特征及其与气溶胶粒子浓度的关系。结果表明:活化温度T_a为-20℃,水面过饱和度为1%时,南京地区冰核浓度N_IN为0.352 L-1,与0.01～10 μm气溶胶数浓度比值仅为4×10-8。冰核活化温度越低,湿度越大,冰核浓度越高。雾和降雨对冰核都有明显的清除作用。对比不同气团对南京地区冰核的影响发现,偏东方向的污染气团中冰核以及气溶胶的浓度最高,但是来自西北地区的气团中冰核占气溶胶的比例最高,这可能是由于冰相核化能力较强的沙尘气溶胶导致的。分析冰核与不同粒径段气溶胶的相关性发现,较大粒径气溶胶的表面积浓度与冰核相关性更高,本文也得到了由活化温度T_a和粒径大于0.5 μm气溶胶数浓度N_{0.5～10 μm}共同计算冰核浓度的经验公式。     

黄河上游地区大气冰核浓度的观测研究

2000年8月在甘肃省玛曲县，利用Bigg型混合云室进行了四个温度下的大气冰核浓度的测量，分析了冰核浓度日变化的特点，以及随天气状况、气压等要素变化的关系。通过与北京、兰州、西宁等一些地区的观测结果的比较，可以看出在人为活动较少的玛曲，自然冰核和我国北方其他地区相比，接近于西宁、西安、北京（1963）和大连等地的浓度值，而比甸子山及北京90年代的观测值要少。     

1995和1996年春季北京地区大气冰核浓度的观测与研究

利用毕格型混合云室于1995和1996-春季在北京西郊观测了4种温度条件下的大气冰核浓度.分析了冰核浓度逐日变化特点,与1963-的观测(方法相同)结果进行了对比分析.发现30 a来,冰核浓度平均约增加了15倍.根据严重污染天气条件下能见度与冰核浓度的相关分析,推测人类活动作为冰核源的权重,冰核浓度增加.分析发现大气中高活性冰核在大气中的滞留时间明显小于低活性冰核.结合冰核活性与粒子尺度的相关,分析推测了大气冰核浓度随高度递减的特点,推测高活性冰核随高度递减更快.分析中参考了世界各地的观测结果,并对不同观测方法观测的结果进行了分析对比,对其中一些地区差异和特点进行了探讨.冰晶浓度与云中气溶胶粒子浓度的相关分析表明,两者有较好的正相关关系.高冰晶浓度常对应有较窄的粒子谱和较小的浓度峰值直径.利用飞机观测的云中雪粒子浓度与冰粒子浓度资料分析结果表明两者有正相关;初步分析表明,大气冰核浓度除对冰云微结构和云中降水过程有重要影响外;还可能对云的辐射特征产生影响,从而影响大气气候过?＃     

在线连续流量扩散云室对华北冬季大气冰核的观测分析

冰核在冷云降水中起着重要的作用。为了分析冰核-温度活化谱对于大范围强降水过程的影响,本文利用华北地区不同时期外场试验观测的冰核-温度活化谱模拟分析了华北一次大范围强降水过程。模拟设置两组试验：(1)1990年代观测的高冰核浓度冰核-温度活化谱(HIN);(2)2010年代观测的低冰核浓度冰核-温度活化谱(LIN)。结果表明,两组试验均能够较好地再现此次强降水和对流系统的时空演变,冰核浓度的变化对降水的整体落区和区域平均降水量的影响不明显,但对降水发生的时间有一定影响。增加冰核浓度导致前期(南部、北部降水)降水的增强,而后期(中部降水)降水减弱,一定程度上改变了局地降水的强度。就整个降水过程而言,HIN试验中雨水、云水与冰相物含量略高于低冰核浓度的LIN试验,但是在不同降水阶段略有差异。具体而言,HIN在降水前期(南部、北部降水)雨水含量较高,而后期(中部降水)低冰核浓度使得雨水含量较高,这主要是由于冰核浓度的改变对云水向雨水转化的影响。本研究结果表明在高冰核浓度背景条件下,冰核浓度的变化对降水强度和落区的整体时空分布变化影响不大,但能引起局地降水的时空变化。该结果可为高冰核背景浓度环境中人工影响天气作业和云微物理参数化方案中冰核活化过程的描述提供参考。

     

用混合和扩散云室对大气冰核浓度的观测分析

继1963年用混合云室对春季冰核浓度观测之后，1994～1996年，在同季节、同地点用混合和静力扩散云室又做了同步观测。对取得的资料进行整理分析，得出了凝华核浓度在不同天气背景下占总冰核浓度的百分比，两种云室测值的对应关系；分析了扩散云室的容积效应及冰核浓度随气压、能见度等气象因子的变化。     

一个观测冰核的15 L混合云室

小型混合云室常用于自然冰核浓度的观测和人工冰核成核率的检测。使用表明:由于受云室容积、造雾方法和操作程序等因素的影响, 检测结果有很大差异, 难以相互比较。为提高检测数据的可信性, 设计并制作了15 L混合云室。云室由F22压缩机系统制冷, 最低能达到-28℃。为减小云室温度的波动, 在云室外围设计有装满乙二醇-水溶液的夹套。在溶液中, 安装了1个1 kW的电加热器, 接通后可使云室升温。在夹套外, 采用发泡技术形成约10 cm厚的绝热层, 以使云室与外界绝热。云室运行时, 可通过控制压缩机和电加热器得到实验温度。此外, 为拓宽检测冰核浓度的检测范围, 设计了玻璃片接取显微镜读数和糖盘接取目测读数两种可供选择使用的冰晶观测方法, 前者在冰晶浓度高时使用 (人工冰核), 后者在低浓度时使用 (自然冰核)。另一个重要改进是:先由一个超声雾化器产生常温雾, 而后使常温雾穿过一个低温狭缝进行预冷, 当雾温等于或低于云室温度后再进入云室。这一措施不仅避免了瞬时高度过饱和, 而且还减小了对云室温度的扰动。该云室在弹载催化剂成核率的改进实验中发挥了重要作用, 曾用它对多个人工冰核复合配方进行了检测和对比。结果表明:云室具有较好的稳定性和重复性, 整体性能优于以往的同类云室。这一结果是由于改进了提供过冷雾的设计和冰晶接取方法得到的。     

黄土高原尘沙作为大气冰核的实验研究

将黄土粒子直接撒入云室进行成核率检测,在–15℃时成核率可高达4×106/g。这些结果可解释在沙尘暴期间观测到的大气冰核的高浓度。从中国黄土高原扬起的沙尘粒子为下游地区提供了丰富的冰核。