均匀水滴冻结实验在云物理研究中的应用.pdf

均匀水滴冻结实验在云物理研究中的应用 酆大雄 杨绍忠 汪晓滨 中国气象科学研究院 北京 100081 一 前言 (1) Vali首创的均匀水滴冻结实验是目前测量水中冻结核的唯一方法 为云物理研究提 供了一个有用的工具 如对降水进行的实验发现冰雹融化水在-10以上的高温段存在丰富 (2) 的冻结核 用小至 0.01m孔径的过滤器对降水物过滤后再作冻滴实验 估计云中冰核粒 (3) 子的尺度范围 对土壤的悬浮液进行实验 探讨在较高温度段活化的冻结核的来源 用冻 滴法对AgI不同增溶剂水溶胶的冰核活性进行检测 探讨AgI与其他化学物混合后成冰性 (4) (5) (6) 能的变化 将滤膜采样与冻滴实验相结合实现对大气中冰核含量的测量 等 酆大雄等 介绍过一个经过改进的水滴冻结装置 使被实验水滴与所处环境同步冷却 本身不存在温度 梯度 较严格控制降温率 能自动记录冻结事件 用该装置测量了北京地区不同类型降水物 中的冻结核含量 给出了平均谱 同样表明冰雹融化水在高温段含有丰富的冻结核 本文介绍用冻滴实验装置进行的一些研究的结果 包括对大气冰核及碘化银气溶胶进 行的初步测量 比较两种细菌冰核成冰性能的实验 对人工增雨催化前后的降水样品进行冻 结核检测的初步结果 目的是希望扩展冻滴实验方法在云物理研究中的应用范围 及进一步 研究和了解使用这个方法的具体细节及其限度 二 实验程序和测量结果 1 大气冰核的测量 先用滤膜对大气气溶胶取样 空气采样器为KB-100取样体积可由取 样气体流量和时间控制 滤膜直径90mm孔径为0.45m 将取样后滤膜的反面吸上一薄层 石蜡油 贴在冷台上 在上面滴放均匀的蒸馏去离子水水滴作冻滴实验 得到滤膜上水滴的 冻结温度谱 假设冰核均匀地分布在滤膜上 水滴的冻结是水滴覆盖下滤膜上的冰核所造成 3 3 的 按Vali的方法先推算出水中冰核的微分浓度(N/cm )和积分浓度(N/cm) 再从 w w 水滴在膜上的覆盖面积a 滤膜取样总面积A 取样体积V L 及一毫升水产生水滴的个 数n 换算成每升空气的冰核微分浓度 n / L和积分浓度N / L air air N w A N air (1) a n V 2 2 对本实验来说 A=4536mm均匀水滴直径是2.62mm膜上斑痕直径37mma=10.75mm n=106代入上式得 N air 3.9807 N w V (2) 测量个例 沙尘天气 1996年4月24日北京出现了沙尘天气 能见度低 伴有4-5级风 上午沙尘呈 减弱趋势 从10:06开始每隔20分钟用滤膜对空气取样 共三组 1996年5月4日出现浮 尘天气 9:19--9:35取两组样 取样体积均为200升 由冻滴实验推算出五次样品的冰核 积分谱(每升空气含冰核量)表示在图 1中 可以看出 4月24日同一天的前后三次样品的 冰核含量随温度变化趋势相同 含量随时间推移依次略有减少 -10分别为 2.71.9和 1.3个/升 -15时 为 118和5.6个/升 第一次为第三次的一倍 同日混合云室观测 -15的大气冰核浓度为23/升 比冻滴实验结果高1 3倍 5月4日的两组样品 大气冰 核含量除高温段略有差别外 其他几乎一样 -10冰核含量达 13.