(高清版)DB21∕T 2484-2015 地面大氣冰核觀測技術規(guī)范　

A4205-C6-26發(fā)布2015-CB-2實施遼寧省質量技術監(jiān)督局發(fā)布I前言 1 231觀測場地 232室內工作平臺 2 2322工作平臺 333觀測儀器 3331便攜式混合云室 3332靜力擴散云室 34技術方法 4 441.1測前準備 4 4 4421大氣采樣 5422冰核檢測前的準備 5423冰核檢測(擴散云室操作)規(guī)程 5424注意事項 6 6附錄A(資料性附錄)大氣冰核 7附錄B(資料性附錄)儀器基本結構及工作原理 8附錄C(資料性附錄)有關濕度參量的查算與計算公式 附錄D(資料性附錄)觀測記錄表與數(shù)據(jù)處理 本標準由遼寧省氣象局提出并歸口。本標準起草單位：中國氣象局沈陽大氣環(huán)境研究所本標準主要起草人：周德平、王揚鋒、洪也、劉寧微、張云海、李麗光12術語和定義冰核是凍結核和凝華核的統(tǒng)稱(詳見附錄A1)。冰核濃度的單位是“個每升”(個/升或C)。凝華核dpositiannudes凍結核又分為凝凍(或吸附)核、浸潤核和接觸核三種。2用一種物質從采樣濾膜的非采樣面緩慢滲入，并能將抽氣采樣時嵌入濾其為“托?！碧幚?。避免局地污染源(包括沙塵源)的直接影響。觀測點應具備穩(wěn)定的交流電源(20,50t)。32室內工作平臺a)面積不小于52墻面和地面b)具備穩(wěn)定的交流電源(2OV,50t),配備功率不小于150W的穩(wěn)壓電源；a)專用工作臺。用于采樣濾膜更換、“托粒”處理及糖液配置等。高度O7mO9m面積不小3專用工作服(白大褂),一次性工作手套(防塵污染)。便攜式混合云室(又名冰核計數(shù)器lcNdaCurter),其主要技術指標如下：溫度測量范圍h-30℃~0℃'溫度測量精度K自動溫度補償功能及溫度范圍°電源表2靜力擴散云室的主要技術指標“濕度測量范圍溫度測量范圍溫度測量精度"自動溫度補償功能及溫度范圍田電源4技術方法4自然冷卻后，方可裝入干凈(用去離子水徹底清洗后)的容器內。41.2觀測規(guī)程b當便攜式混合云室的面板上溫度顯示在-5C以下時，即可以開始冰核采樣觀測。d冰核觀測及讀數(shù)：當溫度顯示達到預定溫度(例如-5C)后依次打開“除塵”、“氣泵”和“供霧”開關(通入飽和空氣，形成過冷霧),2分鐘后依次關閉“供霧”、“氣泵”和“除然升溫，建議由低溫到高溫分別做-5C、-2DC、-15C、-10C和大于-10C這幾個溫度下的云室內壁并涂上甘油或防凍液。然后重復步驟a)～e),直至當天觀測結束。42濾膜-靜力擴散云室法a)安裝濾膜：采樣濾膜使用孔徑為047μ拭干)。旋緊每個采樣頭的封口，以防采樣時空氣側漏。5b)樣本采集：將取樣(抽氣)泵放置在距觀測點地表約15m高的觀測平臺上，確認匯流盒與取好的專用收集袋(或收集盒)內，待測。量。并在收集袋(或收集盒)上標記采樣編號或日期和時間。表3沈陽地區(qū)不同天氣條件下推薦采樣抽氣量一覽表(其他地區(qū)僅供參考)總抽氣量(L)*晴天降水前降水后降水前降水后422冰核檢測前的準備凈水(注意凹槽內的水中不能有氣泡)。以上步驟完成后，方可開423冰核檢測(擴散云室操作)規(guī)程算表(附錄C1)確定。采樣濾膜的微孔填充(“托?！碧幚?:將濾膜慢慢放入用液體石蠟完全浸濕的平面上，讓液體石蠟從濾膜的另一面慢慢滲入，直至石蠟完全浸透整個采樣濾膜(此時濾膜呈透明狀態(tài))。e冰核活化、顯現(xiàn)、讀數(shù)：將“托?！碧幚砗蟮臑V膜貼放在云室下板上(勿留氣泡),然后蓋好云室上板，使上下板嚴格嵌合。至少等待萬分鐘(此時云室內冰核被活化并漸漸長大),記6膜。重復步驟c)、d、e),直至所需檢測的濾膜全部檢測完成。a)濾膜法采樣，濾膜的本底是否干凈(即不存在冰核)非常關鍵。需要在使用某一批次的濾膜前的步驟做試驗分析，選擇在下板溫度-2C,上板溫度約-17.4C(此時水面過飽和度≥用時可用潔凈的無紡布拭干)。5觀測記錄與數(shù)據(jù)整理7(資料性附錄)大氣冰核A1大氣冰核冰核是可以引起水蒸汽發(fā)生凝華或過冷水滴發(fā)生凍結而形成冰晶的固體粒子。在沒有外來粒子時純水滴中冰晶的形成需要很低的溫度(-40℃以下)。而存在外來粒子時，可以在較高的溫度下形成冰晶，通常稱這些粒子為成冰核(IceNucleus,簡稱IN)。大氣中存在的固體氣溶膠粒子中的一部分，可以在適宜的溫度下成為成冰核。這部分粒子即為大氣冰核(AtmosphericIceNuclei)。大氣冰核的主要組成成分為土壤、沙粒等塵埃以及一部分礦物質顆粒，其中包括自然燃燒以及城市和工業(yè)區(qū)人為排放的某些顆粒物以及海洋浮游生物、細菌微生物、樹葉腐殖質等。成冰核通過以下四種機制起作用：(1)水汽在IN表面上凝華成冰，即凝華模式(或沉積模式);(2)由于吸附，水汽在IN表面上凝結而后凍結成冰，即吸附模式或凝凍模式；(3)IN嵌入過冷水滴內使其轉換成一個冰粒子，即凍結模式或浸潤模式；(4)過冷水滴同IN碰撞并形成冰粒子，即接觸模式。8圖B1是日混合云室的結構示意圖。儀器主體為一混合型冷云室(由內筒圍成，稱為核化區(qū)),云室底部是過冷糖液盤，糖盤置于盛滿阻凍劑并可上下拉提的容器上。冷室外核化區(qū)的溫度由中下部的感溫元件(分辨率為OOrC的溫度測量儀)測得。升降糖盤實現(xiàn)空氣樣本的 9靜力擴散云室系統(tǒng)主要由云室主體(安置在一個大冰柜內)、制冷系統(tǒng)和控溫與測溫系統(tǒng)三部分構成。圖B.2是一種靜力擴散云室的主體結構示意圖。靜力擴散云室主體由兩塊平行放置的、溫度可控的金屬板及邊框構成。云室上板淺槽中用去離子水凍結成平面為冰晶活化和生長的水汽源，將采集了大氣氣溶膠的濾膜放置在表面為鍍鉻圓銅板的下板上，云室主體由兩塊平行放置的、溫度可控的金屬板及邊框構成。云室上下板均為140×140×5mm的鍍鉻的黃銅板。上板內表面為116×116×3mm的淺槽，在淺槽中用去離子水凍結成平面作為冰晶活化冷媒進出接嘴圖B2靜力擴散云室主體結構示意圖B22靜力擴散云室工作原理濾膜通過石蠟油浸泡后置于云室下板上，因此云室下板溫度即為濾膜溫度。在冰晶活化和生長時，云室上部靠近冰面的表層為相對冰面過飽和，并且上板冰面溫度高于下板。當水汽擴散達到平衡時，濾膜處于這樣一個定溫、定濕的環(huán)境中，上板冰面的水分子向下擴散，被捕獲的氣溶膠活化并且逐漸長大成為可見的冰晶并讀數(shù)，經過計算，可得冰核濃度。通過改變上下板的溫差進行系列測定，即可以得到冰核相應的溫度譜和濕度譜。B3大氣濾膜采樣器的基本結構大氣采樣使用的儀器是大氣濾膜采樣器，主要由采樣頭和采樣(抽氣)泵組成，采樣泵內附計時系統(tǒng)和空氣流量計，能夠顯示樣本采集時間和瞬時流量。目前國內外常用的大氣濾膜采樣器有分級粒子采樣器(如安德森級氣溶膠粒子采樣器、FN采樣和FM采樣器等)和無級氣溶膠粒子采樣器(如TSP采樣器等)。本規(guī)范中大氣濾膜采樣均以圖B3聽示的采樣器為例。聯(lián)欄-·圖B3大氣濾膜采樣器示意圖溫度℃0表C2純冰面飽和水汽壓查算表單位：HPa溫度℃0C2云室中過飽和度的計算云室中過飽和度是根據(jù)云室上下板的溫度計算得到的。下板溫度是冰核活化溫度，上板和下板溫度之差決定了氣溶膠活化的水汽條件。若上板和下板溫度分別為T1和T2,且T1>T2。在理想狀態(tài)下，若下板沒有水汽匯，則下板表面的冰面過飽和度為下板表面的水面過飽和度為Si為冰面過飽和度，Sw為水面過飽和度，Ei(T?)為上板在溫度為T?時冰面過飽和水汽壓，Ei(T?)和Ew(T?)為下板在溫度為T?時的冰面和水面飽和水汽壓。觀測日期地點經緯度高度云室有效體積(升)同期氣象資料云室溫度(℃)觀測時間目測冰晶個數(shù)10時14時16時風向降水量天氣現(xiàn)象備注觀測人員觀測日期地點經緯度高度同期氣象資料編號觀測時間采集時間量(L/min)10時14時16時風向降水量天氣現(xiàn)象備注觀測人員檢測日期實驗室溫度(℃)空白試驗編號檢測時間上板溫度℃下板溫度℃冰面過飽和濾膜編號冰晶讀數(shù)(個)12345678置(℃)下板備注觀測人員不同溫度下的冰核濃度N;(t)為該溫度下目測的冰晶數(shù)n;除以采集到的空氣樣本體積(此處即云V。云室高度h與糖盤的面積S的乘h是云室的高度，即云室頂部至云室底部的高度差；r為糖盤的半徑。