[實用新型]浸潤核模式下的冰核濃度及成冰活性檢測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721169464.0
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN207300897U
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳志軍;陳潔
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11360
• 代理人: 黃鳳茹

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于大氣物理測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及云內(nèi)冰核測量裝置，尤其涉及一種在浸潤模式下的大氣冰核濃度及成冰活性檢測裝置。

背景技術(shù)

大氣冰核是指大氣中可以引起水汽蒸發(fā)產(chǎn)生凝華或過冷水滴產(chǎn)生凍結(jié)而形成冰晶的氣溶膠粒子。人為或自然過程排放的顆粒物可以作為冰核，從而影響混合云和高云中冰晶形成的數(shù)量和尺寸，進一步影響云的微物理過程和存在形態(tài)、壽命，最終對全球輻射有著至關(guān)重要的影響。因此，測定大氣中冰核的濃度不僅可以加深對云物理過程的理解，更可以為研究氣溶膠的間接氣候效應(yīng)提供依據(jù)。

云內(nèi)冰晶的形成主要通過兩種途徑，均質(zhì)成核和非均質(zhì)成核。均質(zhì)成核主要是純液滴在低溫下(低于-40℃)和過飽和度極高的情況下凍結(jié)形成冰晶，而非均質(zhì)成核是指在有冰核參與的情況下形成冰晶，分為凝華成核(deposition mode)、浸潤成核(immersion freezing)、凝結(jié)凍結(jié)(condensation freezing)、接觸凍結(jié)(contact freezing)4種，所需溫度較高、飽和度較低。在混合云中，浸潤成核被認為是主導的冰晶形成方式。

目前，對冰核的測量按照不同的成冰模式和側(cè)重點，主要分為在線測量和離線測量兩種，常用技術(shù)包括:濾膜法、云室法、液滴冷臺實驗法等多種分析方法裝置。在線技術(shù)主要是各種云室，但這些云室的造價偏高，主要集中于凝華核化和凝結(jié)核化模式下的測量，且不能觀察在連續(xù)降溫條件下顆粒物的核化效果。而液滴冷臺實驗技術(shù)以其原理簡單、操作便捷的優(yōu)點，成為了浸潤核模式下，測量各類型冰核成冰活性的常用分析手段。主要是將含有浸潤核的液滴放置在冷熱臺上，然后通過控制冷熱臺的溫度使液滴在低溫下凍結(jié)，記錄并比較不同類型冰核凍結(jié)的溫度，從而判斷其成冰活性的強弱。

通過近年來的發(fā)展，液滴冷臺實驗技術(shù)在實驗裝置設(shè)計和數(shù)據(jù)采集等方面均得到了一些改進。但冷熱臺裝置仍然存在以下不足：

(一)冷凍過程中液滴之間的相互影響和蒸發(fā)，Wegener-Bergeron-Findeisen過程(即已凍結(jié)液滴通過水汽傳質(zhì)過程，消耗其余的過冷液滴實現(xiàn)自我增長)。之前的研究者采用給液滴覆油膜的方式，但對于某些具有疏水性質(zhì)的冰核來說，所含的疏水性物質(zhì)可能會分散到油相中，增加了測量的不確定性從而導致測量偏差。

(二)實現(xiàn)過程中，一次性能夠測定的液滴數(shù)量太少，當計算每個溫度下凍結(jié)液滴占總液滴的比例時，單個液滴可以引入的不確定性很大，從而使相應(yīng)凍結(jié)溫度的下冰核的濃度估算不準確。

(三)缺乏規(guī)范的間隔槽的制作流程和其他材料制備的間隔槽的差異性對比；

(四)缺乏同時記錄溫度和圖片的裝置，缺乏計算和判斷每個溫度下結(jié)冰液滴占總液滴比例的部件。

(五)液滴與疏水性載玻片的接觸角會影響液滴與冷熱臺之間的接觸面積，從而影響二者之間的傳熱效率。

實用新型內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種在浸潤模式下的大氣冰核濃度及成冰活性檢測裝置，可對冰核進行離線測定，從而解決大氣中冰核濃度的測量問題。本實用新型能夠解決檢測過程中液滴損失的問題，使得液滴冷凍溫度穩(wěn)定，檢測光源穩(wěn)定，提高了檢測的穩(wěn)定性和精確性；同時本實用新型操作簡單、成本低廉。