超声速气流触发过冷水雾核化的机制研究

本文对超声速气流触发过冷水雾核化的机制进行了实验研究，对影响冰晶产生的各种气流参数进行了细致测量。实验结果表明超声速气流的快速绝热膨胀的冷却作用是促使大量冰晶产生的确切机制、高速运动气体与环境静止空气的剪切混合作用以及边界层的涡旋冷却作用对冰晶产生亦起着不可轻视的作用。实验测得单位质量空气的成冰率为1011～1012个／克。用高纯度氮气代替空气得到类似结果。     

气溶胶核化清除的化学效应 II:动力学参数对云滴化学非均匀性的影响

运用已建立的气溶胶核化清除的物理化学模式，研究了云的动力学因子（如:气块上升速度、夹卷作用）对云滴化学非均匀性的影响。计算结果表明:较强烈的云发展（较大的气块上升速度）可加强由于气溶胶核化和云滴凝结增长造成的云滴化学的非均匀程度。夹卷作用抑制了云的发展，因而减弱了这种非均匀程度。夹卷作用同时也造成总体液态水中S(VI)、Ｈ+等浓度的增加，在Ｓｍａｘ附近可达１个量级。如果考虑气溶胶粒子的夹卷，则可使气块内云滴污染物浓度随云滴大小的变化更加复杂化，如:不仅云滴污染物浓度随云滴大小而变化，即使对于相同大小的云滴之间，其污染物浓度也可相差很大。     

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。     

管输含蜡原油多相体系析蜡胶凝行为分子动力学模拟

为从微纳尺度探究含蜡原油多相体系相变析蜡和核化胶凝过程的微观动力学机制,建立表征分子动力学体系模型和力场模型,提出移热强度法,实现含蜡原油多相体系的同步降温。结果表明:初始蜡晶在多相体系中首先溶解并扩散,形成无规则分布;然后在盒子四周各自团聚,形成体积较小的蜡质晶体并析出;蜡质晶体作为核化中心,与体系中的游离分子发生异质成核作用而形成团簇;团簇可提供更多键合点,彼此之间相互交联、聚集、生长,形成三维空间网络,在宏观表象上形成稳定的胶凝结构,堆积在管壁上,影响含蜡原油的安全经济输送。该结果为含蜡原油生产过程清防蜡及生产管理提供支持。     

气溶胶核化清除的化学效应 I：云滴化学非均匀性的研究

本文将水汽在云滴上凝结增长的物理过程与气溶胶、气体的化学过程相结合，对气溶胶核化清除的化学效应进行了研究。 计算结果表明:气溶胶的核化清除造成了云滴化学成分随云滴大小分布的非均匀性，这种非均匀性又对云滴内发生的气体吸收、液相氧化产生影响。 本文还比较了不同污染状况下，不同大小的云滴内气溶胶核化清除与液相氧化对云滴化学的相对贡献的差异。 因此，这种云滴化学的非均匀性(云微化学)的研究对于云化学的野外观测及数值模拟都是重要的。     

水滴冻结实验测量降水物中的冻结核含量

文中介绍了一套新研制的均匀水滴冻结实验装置 ,实验水滴与周围环境同步冷却 ,其温度梯度很小 ,可控制降温速率 ,并能自动记录冻结事件 ,从而提高了实验的精度。用此装置对北京地区 1995年底至 1998年出现的各类降水样品进行了实验 ,由水滴冻结温度谱推算了降水的冻结核浓度 温度谱 ,并对结果进行了分析和讨论     

青藏高原中东部气溶胶特征的飞机观测

利用2011年和2013年夏秋季在青藏高原中东部开展的11架次气溶胶特征飞机观测数据,分析气溶胶数浓度、数谱及核化相关特征。结果表明:受天气系统、地形和地表影响,观测区内气溶胶数浓度（N_a）和体积直径（D_v）的垂直和水平分布差异较大,N_a呈西北高、东南低,D_v低层大、高层小,局地中高层有沙尘。格尔木盛行东风时,云降水对低层气溶胶有清除作用,N_a和D_v明显降低,6.2 km高度和7.2~7.4 km高度的中高空受高原大风或对流影响形成沙尘;盛行西风时,低层D_v以0.5~0.8 μm为主,随高度升高和风速增大N_a升高,D_v变幅较小,6.2 km高度也有沙尘;不同天气系统影响下6.5 km高度以上均输入亚微米颗粒,N_a达5×103 cm-3,8.0 km高度盛行东风时比西风时N_a更高,D_v更小,谱垂直分布也有以上特征,整层输入以偏北或偏西路径为主。不同过饱和度测量云凝结核数浓度（N_ccn）表明,除格尔木6.0 km高度以下核化率（N_ccn/N_a）在21%~47%外,其他观测区平均核化率介于1%~16%,6.0~8.5 km高度的核化率总体偏低;当N_a增加时核化率明显下降,且过饱和度1%~2%,-15~-5℃层或粒径1~3 μm时的核化率相对偏高。     

人工冰核的核化速率实验

如同成冰总数一样,核化速率也是催化剂性能的关键参数之一,对于科学设计和指导人工影响天气试验和作业有非常重要的意义,以前很少引起人们的关注。通过借鉴DeMott等使用的化学动力学方法,利用催化剂检测实验中时间特征等资料展开核化速率研究。结果表明,对于其他实验条件相同时,不同样品核化速率不同;同一样品不同温度动态特征明显不同:对于低温段(-16℃),形成冰晶对应快过程,主要表现是凝结冻结核化、凝华核化;而较高温度(≥-12℃)时形成冰晶是慢过程(接触核化、浸入核化机制)起主要作用。建议人工影响天气外场试验和作业中选择催化剂应关注其核化速率差异,根据实验目的优选具有不同核化速率的催化剂。     

一种浸润冻结机制冰核测量装置(FINDA)的搭建与应用

为了定量评估降水（雨、雪、雹等）和大气中冰核浓度,搭建了一种新型的离线式冰核测量装置（FINDA）用于检测浸润冻结机制的冰核。对多通道测温元件进行了改装和校准,并利用红外热成像仪动态校准了冷台水平温差,开发了自动化软件实现对测量过程的控制和数据分析。通过超纯水冻结实验、雪水及大气样品中冰核检验评估了FINDA的测量性能。结果表明,FINDA温度测量偏差随温度降低而线性增大,?25℃时误差为±0.75℃;超纯水初始冻结温度平均为?21.27±1.45℃,中值冻结温度（T₅₀）平均为?25.65±0.64℃;对同一降雪融水样品中冰核浓度温度谱检测,FINDA与其他冻滴设备测量结果基本一致,同冰核浓度下温度偏差小于3℃;大气样品中冰核?20℃时比在线连续流量扩散云室测量值略高,与国际上其他学者的结论一致。FINDA能够有效获得0—?25℃每隔0.25℃的冰核浓度谱,超纯水和试验操作引入的冰核对测量结果影响很小。设备的广泛应用可帮助深入了解大气冰核在混合云降水中的作用,为预报和云模式的本地化改进及对云降水理论研究提供重要的实验数据和理论基础。      

气溶胶核化清除的化学效应──Ⅱ：动力学参数对云滴化学非均匀性的影响

运用已建立的气溶胶核化清除的物理化学模式，研究了云的动力学因子（如：气块上升速度、夹卷作用）对云滴化学非均匀性的影响。计算结果表明：较强烈的云发展（较大的气块上升速度）可加强由于气溶胶核化和云滴凝结增长造成的云滴化学的非均匀程度。夹卷作用抑制了云的发展，因而减弱了这种非均匀程度。夹卷作用同时也造成总体液态水中Ｓ（ＶＩ）、Ｈ＋等浓度的增加，在Ｓｍａｘ附近可达１个量级。如果考虑气溶胶粒子的夹卷，则可使气块内云滴污染物浓度随云滴大小的变化更加复杂化，如：不仅云滴污染物浓度随云滴大小而变化，即使对于相同大小的云滴之间，其污染物浓度也可相差很大。