(高清版)DB21∕T 2484-2015 地面大气冰核观测技术规范　

A4205-C6-26发布2015-CB-2实施辽宁省质量技术监督局发布I前言 1 231观测场地 232室内工作平台 2 2322工作平台 333观测仪器 3331便携式混合云室 3332静力扩散云室 34技术方法 4 441.1测前准备 4 4 4421大气采样 5422冰核检测前的准备 5423冰核检测(扩散云室操作)规程 5424注意事项 6 6附录A(资料性附录)大气冰核 7附录B(资料性附录)仪器基本结构及工作原理 8附录C(资料性附录)有关湿度参量的查算与计算公式 附录D(资料性附录)观测记录表与数据处理 本标准由辽宁省气象局提出并归口。本标准起草单位：中国气象局沈阳大气环境研究所本标准主要起草人：周德平、王扬锋、洪也、刘宁微、张云海、李丽光12术语和定义冰核是冻结核和凝华核的统称(详见附录A1)。冰核浓度的单位是“个每升”(个/升或C)。凝华核dpositiannudes冻结核又分为凝冻(或吸附)核、浸润核和接触核三种。2用一种物质从采样滤膜的非采样面缓慢渗入，并能将抽气采样时嵌入滤其为“托粒”处理)。避免局地污染源(包括沙尘源)的直接影响。观测点应具备稳定的交流电源(20,50t)。32室内工作平台a)面积不小于52墙面和地面b)具备稳定的交流电源(2OV,50t),配备功率不小于150W的稳压电源；a)专用工作台。用于采样滤膜更换、“托粒”处理及糖液配置等。高度O7mO9m面积不小3专用工作服(白大褂),一次性工作手套(防尘污染)。便携式混合云室(又名冰核计数器lcNdaCurter),其主要技术指标如下：温度测量范围h-30℃~0℃'温度测量精度K自动温度补偿功能及温度范围°电源表2静力扩散云室的主要技术指标“湿度测量范围温度测量范围温度测量精度"自动温度补偿功能及温度范围田电源4技术方法4自然冷却后，方可装入干净(用去离子水彻底清洗后)的容器内。41.2观测规程b当便携式混合云室的面板上温度显示在-5C以下时，即可以开始冰核采样观测。d冰核观测及读数：当温度显示达到预定温度(例如-5C)后依次打开“除尘”、“气泵”和“供雾”开关(通入饱和空气，形成过冷雾),2分钟后依次关闭“供雾”、“气泵”和“除然升温，建议由低温到高温分别做-5C、-2DC、-15C、-10C和大于-10C这几个温度下的云室内壁并涂上甘油或防冻液。然后重复步骤a)～e),直至当天观测结束。42滤膜-静力扩散云室法a)安装滤膜：采样滤膜使用孔径为047μ拭干)。旋紧每个采样头的封口，以防采样时空气侧漏。5b)样本采集：将取样(抽气)泵放置在距观测点地表约15m高的观测平台上，确认汇流盒与取好的专用收集袋(或收集盒)内，待测。量。并在收集袋(或收集盒)上标记采样编号或日期和时间。表3沈阳地区不同天气条件下推荐采样抽气量一览表(其他地区仅供参考)总抽气量(L)*晴天降水前降水后降水前降水后422冰核检测前的准备净水(注意凹槽内的水中不能有气泡)。以上步骤完成后，方可开423冰核检测(扩散云室操作)规程算表(附录C1)确定。采样滤膜的微孔填充(“托粒”处理):将滤膜慢慢放入用液体石蜡完全浸湿的平面上，让液体石蜡从滤膜的另一面慢慢渗入，直至石蜡完全浸透整个采样滤膜(此时滤膜呈透明状态)。e冰核活化、显现、读数：将“托粒”处理后的滤膜贴放在云室下板上(勿留气泡),然后盖好云室上板，使上下板严格嵌合。至少等待万分钟(此时云室内冰核被活化并渐渐长大),记6膜。重复步骤c)、d、e),直至所需检测的滤膜全部检测完成。a)滤膜法采样，滤膜的本底是否干净(即不存在冰核)非常关键。需要在使用某一批次的滤膜前的步骤做试验分析，选择在下板温度-2C,上板温度约-17.4C(此时水面过饱和度≥用时可用洁净的无纺布拭干)。5观测记录与数据整理7(资料性附录)大气冰核A1大气冰核冰核是可以引起水蒸汽发生凝华或过冷水滴发生冻结而形成冰晶的固体粒子。在没有外来粒子时纯水滴中冰晶的形成需要很低的温度(-40℃以下)。而存在外来粒子时，可以在较高的温度下形成冰晶，通常称这些粒子为成冰核(IceNucleus,简称IN)。大气中存在的固体气溶胶粒子中的一部分，可以在适宜的温度下成为成冰核。这部分粒子即为大气冰核(AtmosphericIceNuclei)。大气冰核的主要组成成分为土壤、沙粒等尘埃以及一部分矿物质颗粒，其中包括自然燃烧以及城市和工业区人为排放的某些颗粒物以及海洋浮游生物、细菌微生物、树叶腐殖质等。成冰核通过以下四种机制起作用：(1)水汽在IN表面上凝华成冰，即凝华模式(或沉积模式);(2)由于吸附，水汽在IN表面上凝结而后冻结成冰，即吸附模式或凝冻模式；(3)IN嵌入过冷水滴内使其转换成一个冰粒子，即冻结模式或浸润模式；(4)过冷水滴同IN碰撞并形成冰粒子，即接触模式。8图B1是日混合云室的结构示意图。仪器主体为一混合型冷云室(由内筒围成，称为核化区),云室底部是过冷糖液盘，糖盘置于盛满阻冻剂并可上下拉提的容器上。冷室外核化区的温度由中下部的感温元件(分辨率为OOrC的温度测量仪)测得。升降糖盘实现空气样本的 9静力扩散云室系统主要由云室主体(安置在一个大冰柜内)、制冷系统和控温与测温系统三部分构成。图B.2是一种静力扩散云室的主体结构示意图。静力扩散云室主体由两块平行放置的、温度可控的金属板及边框构成。云室上板浅槽中用去离子水冻结成平面为冰晶活化和生长的水汽源，将采集了大气气溶胶的滤膜放置在表面为镀铬圆铜板的下板上，云室主体由两块平行放置的、温度可控的金属板及边框构成。云室上下板均为140×140×5mm的镀铬的黄铜板。上板内表面为116×116×3mm的浅槽，在浅槽中用去离子水冻结成平面作为冰晶活化冷媒进出接嘴图B2静力扩散云室主体结构示意图B22静力扩散云室工作原理滤膜通过石蜡油浸泡后置于云室下板上，因此云室下板温度即为滤膜温度。在冰晶活化和生长时，云室上部靠近冰面的表层为相对冰面过饱和，并且上板冰面温度高于下板。当水汽扩散达到平衡时，滤膜处于这样一个定温、定湿的环境中，上板冰面的水分子向下扩散，被捕获的气溶胶活化并且逐渐长大成为可见的冰晶并读数，经过计算，可得冰核浓度。通过改变上下板的温差进行系列测定，即可以得到冰核相应的温度谱和湿度谱。B3大气滤膜采样器的基本结构大气采样使用的仪器是大气滤膜采样器，主要由采样头和采样(抽气)泵组成，采样泵内附计时系统和空气流量计，能够显示样本采集时间和瞬时流量。目前国内外常用的大气滤膜采样器有分级粒子采样器(如安德森级气溶胶粒子采样器、FN采样和FM采样器等)和无级气溶胶粒子采样器(如TSP采样器等)。本规范中大气滤膜采样均以图B3听示的采样器为例。联栏-·图B3大气滤膜采样器示意图温度℃0表C2纯冰面饱和水汽压查算表单位：HPa温度℃0C2云室中过饱和度的计算云室中过饱和度是根据云室上下板的温度计算得到的。下板温度是冰核活化温度，上板和下板温度之差决定了气溶胶活化的水汽条件。若上板和下板温度分别为T1和T2,且T1>T2。在理想状态下，若下板没有水汽汇，则下板表面的冰面过饱和度为下板表面的水面过饱和度为Si为冰面过饱和度，Sw为水面过饱和度，Ei(T₁)为上板在温度为T₁时冰面过饱和水汽压，Ei(T₂)和Ew(T₂)为下板在温度为T₂时的冰面和水面饱和水汽压。观测日期地点经纬度高度云室有效体积(升)同期气象资料云室温度(℃)观测时间目测冰晶个数10时14时16时风向降水量天气现象备注观测人员观测日期地点经纬度高度同期气象资料编号观测时间采集时间量(L/min)10时14时16时风向降水量天气现象备注观测人员检测日期实验室温度(℃)空白试验编号检测时间上板温度℃下板温度℃冰面过饱和滤膜编号冰晶读数(个)12345678置(℃)下板备注观测人员不同温度下的冰核浓度N;(t)为该温度下目测的冰晶数n;除以采集到的空气样本体积(此处即云V。云室高度h与糖盘的面积S的乘h是云室的高度，即云室顶部至云室底部的高度差；r为糖盘的半径。