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

A4205-C6-26發(fā)布2015-CB-2實(shí)施遼寧省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布I前言 1 231觀測(cè)場(chǎng)地 232室內(nèi)工作平臺(tái) 2 2322工作平臺(tái) 333觀測(cè)儀器 3331便攜式混合云室 3332靜力擴(kuò)散云室 34技術(shù)方法 4 441.1測(cè)前準(zhǔn)備 4 4 4421大氣采樣 5422冰核檢測(cè)前的準(zhǔn)備 5423冰核檢測(cè)(擴(kuò)散云室操作)規(guī)程 5424注意事項(xiàng) 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(jié)構(gòu)及工作原理 8附錄C(資料性附錄)有關(guān)濕度參量的查算與計(jì)算公式 附錄D(資料性附錄)觀測(cè)記錄表與數(shù)據(jù)處理 本標(biāo)準(zhǔn)由遼寧省氣象局提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國(guó)氣象局沈陽(yáng)大氣環(huán)境研究所本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：周德平、王揚(yáng)鋒、洪也、劉寧微、張?jiān)坪?、李麗?2術(shù)語(yǔ)和定義冰核是凍結(jié)核和凝華核的統(tǒng)稱(chēng)(詳見(jiàn)附錄A1)。冰核濃度的單位是“個(gè)每升”(個(gè)/升或C)。凝華核dpositiannudes凍結(jié)核又分為凝凍(或吸附)核、浸潤(rùn)核和接觸核三種。2用一種物質(zhì)從采樣濾膜的非采樣面緩慢滲入，并能將抽氣采樣時(shí)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(cè)點(diǎn)應(yīng)具備穩(wěn)定的交流電源(20,50t)。32室內(nèi)工作平臺(tái)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(zhuān)用工作臺(tái)。用于采樣濾膜更換、“托?！碧幚砑疤且号渲玫?。高度O7mO9m面積不小3專(zhuān)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(jì)數(shù)器lcNdaCurter),其主要技術(shù)指標(biāo)如下：溫度測(cè)量范圍h-30℃~0℃'溫度測(cè)量精度K自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能及溫度范圍°電源表2靜力擴(kuò)散云室的主要技術(shù)指標(biāo)“濕度測(cè)量范圍溫度測(cè)量范圍溫度測(cè)量精度"自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能及溫度范圍田電源4技術(shù)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(nèi)。41.2觀測(cè)規(guī)程b當(dāng)便攜式混合云室的面板上溫度顯示在-5C以下時(shí)，即可以開(kāi)始冰核采樣觀測(cè)。d冰核觀測(cè)及讀數(shù)：當(dāng)溫度顯示達(dá)到預(yù)定溫度(例如-5C)后依次打開(kāi)“除塵”、“氣泵”和“供霧”開(kāi)關(guān)(通入飽和空氣，形成過(guò)冷霧),2分鐘后依次關(guān)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(gè)溫度下的云室內(nèi)壁并涂上甘油或防凍液。然后重復(fù)步驟a)～e),直至當(dāng)天觀測(cè)結(jié)束。42濾膜-靜力擴(kuò)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(gè)采樣頭的封口，以防采樣時(shí)空氣側(cè)漏。5b)樣本采集：將取樣(抽氣)泵放置在距觀測(cè)點(diǎn)地表約15m高的觀測(cè)平臺(tái)上，確認(rèn)匯流盒與取好的專(zhuān)用收集袋(或收集盒)內(nèi)，待測(cè)。量。并在收集袋(或收集盒)上標(biāo)記采樣編號(hào)或日期和時(shí)間。表3沈陽(yáng)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(cè)前的準(zhǔn)備凈水(注意凹槽內(nèi)的水中不能有氣泡)。以上步驟完成后，方可開(kāi)423冰核檢測(cè)(擴(kuò)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(gè)采樣濾膜(此時(shí)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(yán)格嵌合。至少等待萬(wàn)分鐘(此時(shí)云室內(nèi)冰核被活化并漸漸長(zhǎng)大),記6膜。重復(fù)步驟c)、d、e),直至所需檢測(cè)的濾膜全部檢測(cè)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(guān)鍵。需要在使用某一批次的濾膜前的步驟做試驗(yàn)分析，選擇在下板溫度-2C,上板溫度約-17.4C(此時(shí)水面過(guò)飽和度≥用時(shí)可用潔凈的無(wú)紡布拭干)。5觀測(cè)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(guò)冷水滴發(fā)生凍結(jié)而形成冰晶的固體粒子。在沒(méi)有外來(lái)粒子時(shí)純水滴中冰晶的形成需要很低的溫度(-40℃以下)。而存在外來(lái)粒子時(shí)，可以在較高的溫度下形成冰晶，通常稱(chēng)這些粒子為成冰核(IceNucleus,簡(jiǎn)稱(chēng)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(zhì)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(xì)菌微生物、樹(shù)葉腐殖質(zhì)等。成冰核通過(guò)以下四種機(jī)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(jié)而后凍結(jié)成冰，即吸附模式或凝凍模式；(3)IN嵌入過(guò)冷水滴內(nèi)使其轉(zhuǎn)換成一個(gè)冰粒子，即凍結(jié)模式或浸潤(rùn)模式；(4)過(guò)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(jié)構(gòu)示意圖。儀器主體為一混合型冷云室(由內(nèi)筒圍成，稱(chēng)為核化區(qū)),云室底部是過(guò)冷糖液盤(pán)，糖盤(pán)置于盛滿(mǎn)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(cè)量?jī)x)測(cè)得。升降糖盤(pán)實(shí)現(xiàn)空氣樣本的 9靜力擴(kuò)散云室系統(tǒng)主要由云室主體(安置在一個(gè)大冰柜內(nèi))、制冷系統(tǒng)和控溫與測(cè)溫系統(tǒng)三部分構(gòu)成。圖B.2是一種靜力擴(kuò)散云室的主體結(jié)構(gòu)示意圖。靜力擴(kuò)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(gòu)成。云室上板淺槽中用去離子水凍結(jié)成平面為冰晶活化和生長(zhǎng)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(gòu)成。云室上下板均為140×140×5mm的鍍鉻的黃銅板。上板內(nèi)表面為116×116×3mm的淺槽，在淺槽中用去離子水凍結(jié)成平面作為冰晶活化冷媒進(jìn)出接嘴圖B2靜力擴(kuò)散云室主體結(jié)構(gòu)示意圖B22靜力擴(kuò)散云室工作原理濾膜通過(guò)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(zhǎng)時(shí)，云室上部靠近冰面的表層為相對(duì)冰面過(guò)飽和，并且上板冰面溫度高于下板。當(dāng)水汽擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)，濾膜處于這樣一個(gè)定溫、定濕的環(huán)境中，上板冰面的水分子向下擴(kuò)散，被捕獲的氣溶膠活化并且逐漸長(zhǎng)大成為可見(jiàn)的冰晶并讀數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，可得冰核濃度。通過(guò)改變上下板的溫差進(jìn)行系列測(cè)定，即可以得到冰核相應(yīng)的溫度譜和濕度譜。B3大氣濾膜采樣器的基本結(jié)構(gòu)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(nèi)附計(jì)時(shí)系統(tǒng)和空氣流量計(jì)，能夠顯示樣本采集時(shí)間和瞬時(shí)流量。目前國(guó)內(nèi)外常用的大氣濾膜采樣器有分級(jí)粒子采樣器(如安德森級(jí)氣溶膠粒子采樣器、FN采樣和FM采樣器等)和無(wú)級(jí)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(tīng)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(guò)飽和度的計(jì)算云室中過(guò)飽和度是根據(jù)云室上下板的溫度計(jì)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T(mén)1和T2,且T1>T2。在理想狀態(tài)下，若下板沒(méi)有水汽匯，則下板表面的冰面過(guò)飽和度為下板表面的水面過(guò)飽和度為Si為冰面過(guò)飽和度，Sw為水面過(guò)飽和度，Ei(T?)為上板在溫度為T(mén)?時(shí)冰面過(guò)飽和水汽壓，Ei(T?)和Ew(T?)為下板在溫度為T(mén)?時(shí)的冰面和水面飽和水汽壓。觀測(cè)日期地點(diǎn)經(jīng)緯度高度云室有效體積(升)同期氣象資料云室溫度(℃)觀測(cè)時(shí)間目測(cè)冰晶個(gè)數(shù)10時(shí)14時(shí)16時(shí)風(fēng)向降水量天氣現(xiàn)象備注觀測(cè)人員觀測(cè)日期地點(diǎn)經(jīng)緯度高度同期氣象資料編號(hào)觀測(cè)時(shí)間采集時(shí)間量(L/min)10時(shí)14時(shí)16時(shí)風(fēng)向降水量天氣現(xiàn)象備注觀測(cè)人員檢測(cè)日期實(shí)驗(yàn)室溫度(℃)空白試驗(yàn)編號(hào)檢測(cè)時(shí)間上板溫度℃下板溫度℃冰面過(guò)飽和濾膜編號(hào)冰晶讀數(shù)(個(gè))12345678置(℃)下板備注觀測(cè)人員不同溫度下的冰核濃度N;(t)為該溫度下目測(cè)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(pán)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(pán)的半徑。