楊磊 銀燕 楊紹忠 蘇航 蔣惠

1南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害省部共建教育部重點實驗室，南京210044

2中國氣象科學(xué)研究院中國氣象局云霧物理重點開放實驗室，北京100081

3南京信息工程大學(xué)中國氣象局大氣物理與大氣環(huán)境重點開放實驗室，南京210044

1 引言

大氣氣溶膠作為云凝結(jié)核（Cloud Condensation Nuclei, CCN）和冰核（Ice Nuclei, IN）影響云的形成以及輻射特性（Khain, 2009; Stith et al., 2009;Chen et al., 2011; 楊慧玲等，2011）。大氣中初始冰晶的形成有兩種途徑：同質(zhì)核化和異質(zhì)核化。同質(zhì)核化要求云中溫度低于－38°C。在溫度高于－38°C時，無雜質(zhì)的純水滴只能借助于 IN才能轉(zhuǎn)化為冰晶。冰相異質(zhì)核化機制有四類：凝華核化、凝結(jié)凍結(jié)核化、浸潤凍結(jié)核化以及接觸凍結(jié)核化（Pruppacher and Klett, 1997）。氣溶膠作為IN形成冰晶是冷云發(fā)展的初始過程，研究 IN特征及其與氣溶膠的關(guān)系有利于我們更好地認識氣溶膠是如何影響云中的冰相過程以及全球輻射平衡的（Richardson et al., 2007; Hoose and M?hler, 2012）。

國外學(xué)者研究了不同種類氣溶膠的冰相核化能力。許多學(xué)者認為沙塵在高溫低濕的情況下即可形成冰晶（Klein et al., 2010; Kulkarni and Dobbie,2010; Kanji et al., 2011; Broadley et al., 2012）。Schnell and Vali（1976）發(fā)現(xiàn)生物氣溶膠同樣可以作為冰核。Pratt et al.（2009）使用逆流虛擬撞擊器（Counterflow Virtual Impactor, CVI）收集云中冰相顆粒發(fā)現(xiàn)，三分之一的冰晶中含有生物氣溶膠。含有黑碳（Black Carbon, BC）的土壤也可以作為冰核，只是相比沙塵和生物氣溶膠需要更低的溫度和更高的濕度（Dymarska et al., 2006）。人為排放的氣溶膠也會直接或者間接地影響到冰核濃度。一方面人類活動產(chǎn)生的部分氣溶膠可以作為冰核；另一方面，人類活動排放的SO2以及揮發(fā)性有機物等二次氣溶膠前體物會抑制氣溶膠進行冰相核化（Cziczo et al., 2009; Eastwood et al., 2009）。目前越來越多的學(xué)者認為較大粒徑的氣溶膠更容易作為冰核，尤其粒徑大于0.5 μm的氣溶膠與冰核關(guān)系更為密切 （Stith et al., 2009; DeMott et al., 2010; Chou et al., 2011）。綜上，國外學(xué)者已經(jīng)開展了大量有關(guān)氣溶膠的化學(xué)成分以及粒徑大小對其冰相核化能力影響的研究。

國外學(xué)者考慮了不同因素對冰核的影響，設(shè)計了冰核濃度的參數(shù)化公式。早期學(xué)者考慮溫濕條件對冰核濃度的影響，設(shè)計了用活化溫度或濕度計算冰核濃度的參數(shù)化公式（Fletcher, 1962; Huffman,1973; Young, 1974; Cotton and Anthes, 1989; Meyers et al., 1992）。隨著大量的氣溶膠與冰核濃度的綜合觀測，DeMott et al.（2010）得到了大于0.5 μm氣溶膠數(shù)濃度和活化溫度同時計算IN的參數(shù)化公式，Phillips et al.（2008）參數(shù)化方案中還考慮了氣溶膠化學(xué)成分以及氣溶膠表面積對 IN的影響。綜上所述，溫度和濕度是影響冰核濃度最主要的環(huán)境因素，氣溶膠顆粒的粒徑大小和化學(xué)成分決定著氣溶膠的冰相核化能力，同時結(jié)合模式的特點，綜合以上方面才能設(shè)計出一個合理的冰核濃度參數(shù)化公式。

我國學(xué)者曾在北京（游來光和石安英，1964; 游來光等，2002）、吉林白城（汪學(xué)林等，1965）、甘肅蘭州（葛正謨和周春科，1985）、福建石塔山（吳明林等，1986）、賀蘭山（牛生杰等，2000）、新疆天山（李艷偉和杜秉玉，2003）以及青海河南縣（石愛麗等，2006）等地開展了冰核的外場觀測實驗研究，主要使用混合云室以及濾膜法研究了不同天氣背景條件下冰核濃度特征以及基本氣象要素對冰核濃度的影響（李麗光和周德平，2011）。但是國內(nèi)仍缺少冰核與氣溶膠關(guān)系以及冰核參數(shù)化的相關(guān)研究。

本次觀測地點位于我國華東地區(qū)第二大城市南京市浦口區(qū)的南京信息工程大學(xué)院內(nèi)氣象樓 12樓陽臺（32.21°N，118.71°E；海拔高度62 m），通過對冰核和氣溶膠同步觀測，同時結(jié)合后向軌跡模型，以便研究冰核濃度特征及其與氣溶膠的相關(guān)性。觀測時間為2011年11月15日～12月2日，屬于南京地區(qū)冬季，該季節(jié)多輻射逆溫導(dǎo)致大氣污染物不易擴散，使得城區(qū)內(nèi)積累高濃度污染，甚至?xí)?dǎo)致霧霾天氣出現(xiàn)（童堯青等，2009；魏建蘇等，2010）。污染天氣條件下的氣溶膠是否會增加冰核濃度值得研究，同時也為設(shè)計污染條件下的冰核參數(shù)化方案提供數(shù)據(jù)支持，對于研究氣溶膠在污染天氣條件下對冷云的影響具有重要意義。

2 材料與方法

2.1 觀測儀器與分析方法

下板表面的水面過飽和度為

采樣膜需要在室內(nèi)通過靜力擴散云室（楊紹忠等，1995）對氣溶膠進行冰核顯現(xiàn)實驗。靜力擴散云室主要由上下兩個平板組成，云室上板為冰面，提供氣溶膠冰相核化的水汽源；下板上有四個和采樣膜同樣大小的金屬表面，采樣膜通過石蠟油浸潤后平放在下板的金屬面上，云室下板溫度就是采樣膜上氣溶膠的活化溫度Ta。實驗中，在云室溫度小于0°C時，設(shè)置上板的溫度高于下板溫度，上板冰面的水汽向下板表面擴散，云室內(nèi)的濕度達到下板過飽和，這樣下板膜的氣溶膠通過冰相過程核化形成可以識別的冰晶。每組顯現(xiàn)實驗時間為30 min，這樣氣溶膠有充足時間活化增長。當(dāng)云室水汽為冰面過飽和而水面欠飽和時，氣溶膠通過凝華核化增長；當(dāng)云室水汽達到水面過飽和時，氣溶膠可以通過凝華核化以及凝結(jié)凍結(jié)核化增長。

在相同地層相同井結(jié)構(gòu)條件下，井損越小，降水井發(fā)揮的功效越大，單井出水量越大，目的區(qū)域的水位降深越大，所需降水井?dāng)?shù)量也會相應(yīng)減少。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，鋼制井濾管與水泥管濾管相比，其井損相對更小，更易控制成井質(zhì)量及綜合成本。

靜力擴散云室穩(wěn)定的溫度控制是保證準確觀測大氣冰核濃度的前提，也是該云室模擬凝華核化以及凝結(jié)凍結(jié)核化過程的前提條件。為了獲取高精度的溫度控制，選用歐陸818P4溫度控制儀和比例積分微分溫控系統(tǒng)控制云室上下板溫度，加之足夠厚的銅板并與溫度可控的200 L冷媒箱相連，從而獲得理想的控溫效果。

書籍設(shè)計領(lǐng)域手工書籍教學(xué)內(nèi)容的引入是建立在探索性和實驗性等嘗試的基礎(chǔ)之上的，其目的是為了讓學(xué)生更注重書籍制作的材質(zhì)和工藝，探索書籍制作形與神設(shè)計技巧的完美融合，以及領(lǐng)會書籍制作中觀念性創(chuàng)作思考的應(yīng)用價值。[3]書籍制作者要想實現(xiàn)書籍設(shè)計在書本內(nèi)容編輯和排版上的獨特個性，僅僅依靠感性的藝術(shù)直覺是遠遠不夠的，還必須充分利用一切有關(guān)書籍形態(tài)創(chuàng)作的有效元素和信息，來實現(xiàn)書籍設(shè)計者創(chuàng)意思維設(shè)計的增值，以突破設(shè)計者書籍制作的瓶頸，從而展現(xiàn)個性化書籍制作的獨特魅力和強大生命力。

靜力擴散云室中氣溶膠活化的過飽和度是根據(jù)云室上下板的溫度計算得到的。若上板和下板溫度分別為T1和T2，下板溫度T2是冰核活化溫度，上板和下板溫度之差T1－T2決定了下板的冰面或水面過飽和度的大小。在沒有水汽匯的理想狀態(tài)下，下板表面的冰面過飽和度為

本次觀測使用寬范圍顆粒物分光計（Wide Range Particle Spectrometer, WPS, 美國MSP公司）觀測氣溶膠粒徑譜，使用云凝結(jié)核計數(shù)器（CCN Counter，美國DMT公司）觀測CCN譜。WPS可以對直徑為0.01～10 μm的氣溶膠顆粒進行自動計數(shù)和粒徑分級，分析數(shù)據(jù)期間剔除了大氣中相對濕度大于 90%的數(shù)據(jù)，最終得到氣溶膠譜分布樣本4237組。CCN Counter觀測大氣中的CCN譜，設(shè)置水面過飽和度Sw= 1%，最終得到樣本15579組。南京信息工程大學(xué)氣象站提供基本氣象要素數(shù)據(jù)（海拔高度22 m）。觀測期間每日08:00～23:00（北京時間，下同）進行氣溶膠采樣，以便后期使用靜力擴散云室進行冰核活化顯現(xiàn)實驗得到冰核濃度。每 3小時采樣一組，每組采集氣溶膠濾膜樣本 4次，采樣器可以同時采集4張氣溶膠濾膜。采樣器流量為120 L/min，采樣時間2 min，每張膜通過環(huán)境空氣平均體積為60 L。

人工收獲在蠟熟末期，機械收獲在完熟期，適時收獲。收獲后及時脫粒曬干，整凈，入庫，提高其商品性，實現(xiàn)豐產(chǎn)豐收［9，10］。

表1 靜力擴散云室過飽和度統(tǒng)計量Table 1 The statistics of supersaturation in the static diffusion chamber

圖1 靜力擴散云室過飽和度頻率分布（Ta為氣溶膠活化溫度，Sw為水面過飽和度，Si為冰面過飽和度）Fig.1 The frequency of supersaturation in the static diffusion chamber (Ta is the activate temperature, Sw is the supersaturation with respect to water, Si is the supersaturation with respect to ice)

本次活化實驗主要模擬的活化條件為Ta=－20°C以及Sw=1%（Si=22.77%），共74組樣本，主要目的是認識近地層氣溶膠在混合云溫度和過飽和度條件下冰核濃度特征。為了研究溫度和氣溶膠對冰核的影響，分別在－25～－10°C之間，每隔2.5°C進行冰核顯現(xiàn)實驗，其中云室濕度為對應(yīng)溫度條件下水面過飽和度Sw=1%，每個溫度下做 10組實驗。另外，為了研究不同濕度對冰核濃度的影響，在Ta=－20°C以及Si=10%（Sw=－9.5%）情況下進行顯現(xiàn)實驗，共 74組樣本，對比水汽條件Sw=1%（Si=22.77%）情況下冰核濃度，以便分析水汽條件對冰核濃度的影響。

通過公式（4）可以得到不同大小粒子對IN的貢獻。擬合得到和～、的經(jīng)驗公式為

其中，Si為冰面過飽和度，Sw為水面過飽和度，Ei(T1) 為上板溫度T1時冰面過飽和水汽壓，Ei(T2)和Ew(T2) 為下板溫度T2時的冰面和水面飽和水汽壓。采用Goff–Gratch公式（董雙林和崔宏光，1992）求得Ei和Ew，其中T1和T2單位為°C，計算得到的氣壓單位為hPa。云室中水汽條件對T1和T2十分敏感。在30 min顯現(xiàn)時段內(nèi)，上下板溫度有 0.01～0.05°C的波動，云室溫度波動會造成濕度波動。圖1和表1給出不同活化條件下根據(jù)每組實驗過程中上下板的最低溫度和最高溫度計算出的云室過飽和度的頻率分布以及統(tǒng)計量。在各個活化條件下，計算的水汽條件集中分布在所設(shè)定的濕度值，Sw和Si上下波動小于2%。在冰核顯現(xiàn)實驗過程中進行了包括空白濾膜和實驗室室內(nèi)采樣濾膜的背景冰核濃度觀測，由于背景冰核濃度遠小于野外觀測冰核濃度，同時考慮活化處理時的背景計數(shù)應(yīng)是在濾膜不經(jīng)取樣的條件下進行的，與實際濾膜有一定的差異，故在本實驗中得到的冰核濃度不作背景訂正處理。

2.2 后向軌跡模式介紹

近些年不同學(xué)者研究了不同粒徑段氣溶膠對冰核的貢獻，很多學(xué)者指出較大粒徑的氣溶膠更容易進行冰相核化（Stith et al., 2009; DeMott et al.,2010; Chou et al., 2011）。Whitby（1978）概括了氣溶膠粒子的三個模態(tài)模型：愛根核模（Aitken），粒徑小于0.05 μm；積聚模（accumulation mode），粒徑在 0.05～2 μm 之間；粗粒子模（coarse particlemode），粒徑大于 2 μm。另外，DeMott et al.（2010）指出粒徑大于0.5 μm的氣溶膠更容易作為冰核，氣溶膠與冰核濃度之間函數(shù)形式為指數(shù)型，其得到的參數(shù)化公式也被許多學(xué)者加入模式來研究氣溶膠作為冰核對冷云的影響（Eidhammer et al., 2010;Ardon-Dryer, et al., 2012）。本文根據(jù) Whitby（1978）的三模態(tài)氣溶膠模型以及DeMott et al.（2010）的結(jié)論將氣溶膠分成不同粒徑段，表4給出冰核濃度與不同粒徑段氣溶膠的數(shù)濃度以及表面積濃度的Pearson相關(guān)系數(shù)R。冰核濃度與氣溶膠的表面積濃度相關(guān)系數(shù)要高于數(shù)濃度，這是因為冰相核化過程發(fā)生在氣溶膠表面，因此氣溶膠的冰相核化能力應(yīng)與其表面特性相關(guān)性更高。另外，冰核濃度與較大粒徑氣溶膠的相關(guān)性更高，大粒徑氣溶膠在冷云過程中起著更為重要的作用。

3 結(jié)果與討論

3.1 冰核濃度特征

圖2為觀測期間南京地區(qū)冰核濃度（NIN）總體特征?；罨瘻囟萒a同為－20°C時，水汽條件不同時冰核濃度平均值分別為 0.352 L–1（Sw=1%）和0.132 L–1（Si=10%）（圖 2a）。在高濕度條件下，更多的氣溶膠通過凝華核化或凝結(jié)凍結(jié)核化機制增長，因此水汽條件影響到氣溶膠的冰相成核特性。南京地區(qū)觀測結(jié)果與以往同類云室觀測對比，南京地區(qū)冰核濃度低于上世紀 90年代春季北京地區(qū)凝華核濃度（0.693 L–1），但高于青海瓦里關(guān)地區(qū)凝華核濃度（0.113 L–1）（游來光等，2002）。該結(jié)果初步反映中國華東地區(qū)冰核濃度低于北方春季觀測結(jié)果，這可能是因為春季沙塵更容易導(dǎo)致北方冰核濃度增加，同時華東地區(qū)冰核濃度高于西部地區(qū)也反映了人類活動的差異對冰核的影響。但是由于觀測資料尚少，仍需要以后在不同地區(qū)同步觀測來分析冰核濃度差異。圖2b為Ta=－20°C、Sw= 1%時NIN頻率分布，NIN主要集中在低濃度范圍內(nèi)（0.1～0.4 L–1），其中 0.1～0.2 L–1范圍內(nèi)NIN出現(xiàn)次數(shù)最多，這意味著該濃度為南京地區(qū)冰核本底濃度。另外，僅有不到12%NIN大于0.6 L–1，冰核的高濃度值出現(xiàn)的條件更值得我們?nèi)シ治觥Ｔ剖疫^飽和度Sw同樣為1%時，冰核濃度隨著活化溫度降低指數(shù)增加（圖2c），相關(guān)系數(shù)的平方達到0.839，這和早期學(xué)者的結(jié)論一致（Pruppacher and Klett,1997）。

伴隨著同一理性的自我分裂，工具理性的異化成為影響社會生活的引人矚目的現(xiàn)象，當(dāng)代西方思想家對其進行了深度的批判和反省，彰顯了理性的批判性和超越性力量。

使用聚類分析的方法將 HYSPLIT模型計算的72條36 h后向軌跡進行分類，根據(jù)判定系數(shù)以及實際研究意義將氣團分為5類（Cluster1至Cluster5），本文只統(tǒng)計整日軌跡類型不變的天數(shù)。圖4和表3對比和總結(jié)了不同氣團中氣象要素、氣溶膠、IN和CCN 特征。Cluster1 中N0.01～0.5μm=28430.09 cm–3，明顯高于其他氣團軌跡類型，Cluster1盡管起源于我國東部沿海，但是登陸后在低空（地面高度 500 m）混合了大量的大陸性氣溶膠，因此Cluster1中氣溶膠濃度較高。Cluster2來自南方，與 Cluster1一樣通過低空傳輸?shù)竭_觀測點。與Cluster1相比，Cluster2 中N0.01～0.5μm較少，但是N0.5～10μm明顯高于其他氣團，這可能是由于Cluster2相對濕度最高（RHw=69.97%），更多的小粒徑氣溶膠增長導(dǎo)致較大粒徑的氣溶膠數(shù)濃度增加。Cluster4來自西北地區(qū)，通過高空遠距離傳輸后下沉進而到達觀測點，其氣溶膠譜遠遠低于Cluster1和Cluster2。Cluster3和Cluster5對應(yīng)雨后氣團，降水對氣溶膠的清除導(dǎo)致這兩種氣團中氣溶膠濃度較少。

圖2 冰核濃度特征：（a）Ta=－20°C時Sw=1%和Si=10%情況下冰核濃度（NIN）對比；（b）NIN概率分布圖（Sw=1%, Ta=－20°C）；（c）NIN與活化溫度的關(guān)系（Sw=1%）Fig.2 The characteristics of ice nuclei (IN) concentration: (a) The comparison of IN concentration (NIN) under Sw=1% and Si=10% at Ta=－20°C; (b) the frequency distribution of NIN (Ta=－20°C, Sw=1%); (c) the relationship of NIN and Ta (Sw=1%)

表2 不同粒徑段氣溶膠和冰核數(shù)濃度統(tǒng)計量Table 2 Statistics of the number concentration of aerosol in different size ranges and the number concentration of IN

3.2 不同天氣背景條件下冰核濃度特征

在觀測期間出現(xiàn)了不同的天氣過程，這些天氣過程直接影響到冰核濃度。圖3分別給出觀測期間各氣象要素、氣溶膠、CCN和IN的時間演變情況。11月18日為一次霧過程，18日日相對濕度平均值為87.40%，溫度平均值為17.42°C，風(fēng)速平均值為1.75 m/s。對比圖 3g 和圖 3i，17 日環(huán)境中N0.5～10μm=214.443 cm–3，日冰核平均濃度 0.442 L–1。18 日14:30 后到該日結(jié)束N0.5～10μm=167.343 cm–3，冰核平均濃度為0.256 L–1。霧對較大氣溶膠以及冰核的清除明顯，這說明霧過程清除了可以作為冰核的氣溶膠。

觀測點在11月29～30日之間出現(xiàn)了降水過程，總降雨量為16.5 mm。11月28日環(huán)境中N0.5～10μm=453.038 cm–3，日冰核平均濃度0.565 L–1。12月1日環(huán)境中N0.5～10μm=14.891 cm–3，日冰核平均濃度為0.219 L–1。降雨后0.5～10 μm氣溶膠和冰核濃度明顯減少，這說明降雨對氣溶膠的清除作用導(dǎo)致冰核濃度減少。

3.3 氣團軌跡與冰核濃度之間的關(guān)系

表2給出NIN和不同粒徑段氣溶膠數(shù)濃度（N）的比值，NIN與 0.01～10 μm粒徑段氣溶膠數(shù)濃度N0.01～10 μm比值（NIN/N0.01～10 μm）僅為 4.00×10-8，NIN與 0.5～10 μm 粒徑段氣溶膠數(shù)濃度N0.5～10μm比值NIN/N0.5～10μm=2.866×10-6，冰核與氣溶膠濃度比值較低說明僅有較少的氣溶膠可以充當(dāng)冰核。南京地區(qū) IN與氣溶膠濃度比值小于其他地區(qū)觀測結(jié)果（Klein et al., 2010; Bingemer et al., 2012），這可能是因為：南京地區(qū)小粒徑氣溶膠濃度較高，而這些小粒徑氣溶膠并不容易成為冰核，因此冰核與氣溶膠的比值較小；另外，觀測儀器的原理、觀測冰核的成核機制以及觀測氣溶膠的粒徑段的不同都會造成冰核濃度及其與氣溶膠濃度比值的差異。

在促進實體經(jīng)濟的發(fā)展方面，養(yǎng)老金屬于長期穩(wěn)定資金，適于投向一帶一路等重大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及棚戶區(qū)改造、新型城鎮(zhèn)化建設(shè)等重大項目和扶貧、養(yǎng)老等民生工程；保險資金應(yīng)用的渠道比較寬泛，可以采取股權(quán)投資、債券投資等形式來投資實體企業(yè)，來有效的降低實體企業(yè)的負債成本，提升企業(yè)的效益。

加強部隊官兵實戰(zhàn)意識的培養(yǎng)，熟練掌握現(xiàn)代化指揮手段。改善培訓(xùn)設(shè)施，優(yōu)化培訓(xùn)內(nèi)容，豐富培訓(xùn)手段，提高對維和人員的培訓(xùn)能力。在培訓(xùn)中注重實戰(zhàn)模擬和訓(xùn)練，強化作戰(zhàn)運用實踐，熟練掌握現(xiàn)代化作戰(zhàn)方式。增強快速軍事部署能力，提高應(yīng)對多種安全威脅、遂行多樣化軍事任務(wù)的響應(yīng)能力。

圖3 各個氣象要素、氣溶膠、云凝結(jié)核CCN、IN時間演變：（a）溫度；（b）濕度；（c）氣壓；（d）風(fēng)速；（e）風(fēng)向；（f）降雨量；（g）0.5～10 μm氣溶膠濃度（Dp為氣溶膠的直徑）；（h）CCN濃度 (NCCN)；（i）IN濃度Fig.3 Time series of atmospheric parameters, aerosols, Cloud Condensation nuclei (CCN), and IN: (a) Temperature; (b) humidity; (c)pressure; (d) wind speed; (e) wind direction; (f) precipitation; (g) number concentration of aerosol (0.5 μm＜Dp＜10 μm) (Dp is the diameter of aerosol); (h) CCN concentration(NCCN); (i) IN concentration

目前越來越多的學(xué)者認為較大粒徑的氣溶膠更容易作為冰核，尤其大于0.5 μm的氣溶膠與冰核關(guān)系更為密切（Stith et al., 2009; DeMott et al., 2010;Chou et al., 2011）。對比表3不同氣團對應(yīng)冰核濃度看出，Cluster2氣團中NIN最多（0.56 L–1），這是由Cluster2中N0.5～10μm最高造成的。但是值得注意的是NIN占所有氣溶膠濃度比例最高的氣團是Cluster4，這可能是由于西北氣團中含有沙塵，很多學(xué)者已經(jīng)證明了沙塵氣溶膠的冰相核化能力強于其他種類氣溶膠（Klein et al., 2010; Kulkarni and Dobbie, 2010; Broadley et al., 2012），因此這些沙塵氣溶膠可能增加了西北氣團中冰核占氣溶膠濃度的比例。Cluster1和Cluster2對應(yīng)偏東方向氣團，其中Cluster1與近地面風(fēng)向?qū)?yīng)一致，偏東風(fēng)將工業(yè)區(qū)排放的顆粒物輸送到觀測點，魏建蘇等（2010）指出南京地區(qū)出現(xiàn)偏東風(fēng)時更容易出現(xiàn)霾天氣。對比表 2和表 3，相對于整個觀測期間，Cluster1和Cluster2中不僅含有較高濃度的氣溶膠和云凝結(jié)核，而且冰核濃度同樣較高，這說明人為排放的氣溶膠同樣會增加冰核濃度，進而影響到冷云過程。綜上，氣溶膠的粒徑大小和化學(xué)成分直接影響氣溶膠的冰相核化能力，但是由于缺少南京地區(qū)氣溶膠的化學(xué)成分分析，因此并不能充分研究不同軌跡條件下氣溶膠化學(xué)成分對其冰相核化能力的影響。

圖4 氣溶膠與氣團的關(guān)系：（a）不同氣團軌跡分類；（b）不同氣團中氣溶膠數(shù)濃度譜（Dp為氣溶膠的直徑）Fig.4 The relation of aerosol and air mass: (a) The classification of air mass trajectories; (b) aerosol size spectra of number concentration in different air masses (Dp is the diameter of aerosol)

表3 南京地區(qū)不同氣團特征對比Table 3 The comparison of properties of the air masses over Nanjing

3.4 氣溶膠與冰核的關(guān)系

HYSPLIT (HYbrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model) 模型是由美國國家海洋和大氣管理局空氣資源實驗室和澳大利亞氣象局聯(lián)合研發(fā)的一種用于計算和分析大氣污染物輸送、擴散軌跡的專業(yè)模型 (Draxler and Hess, 1998)。HYSPILT能夠處理多種氣象要素輸入場，具有多種物理過程和不同類型污染物排放源，資料的水平分辨率為191 km，垂直方向從1000～50 hPa分為12個等壓面層，時間間隔6 h。本文使用HYSPLIT模式對觀測點（32.21°N，118.71°E）地面 500 m 高度共72條軌跡進行36 h后向軌跡模擬，計算后向軌跡的開始時間為一天記錄時段的中間時刻（北京時間02:00），使用聚類分析的方法對軌跡進行分型，根據(jù)模式輸出結(jié)果以及實際研究意義將軌跡分為 5類?？紤]到近地面的摩擦效應(yīng)以及邊界層的混合和擴散，HYSPLIT模擬氣團的地面高度為500 m。

表4 不同粒徑氣溶膠與冰核的Pearson相關(guān)系數(shù)Table 4 The Pearson correlation coefficient of IN and aerosol

南京地區(qū)氣溶膠主要集中于小粒徑段（0.01～0.5 μm），大粒徑段（0.5～10 μm）氣溶膠濃度僅僅占所有濃度的0.6%，盡管大粒子更容易作為冰核，但是大粒子濃度較低，因此有必要研究大粒子和小粒子對冰核濃度的貢獻。這里假設(shè)NIN和N0.01～0.5μm、N0.5～10μm為如下公式所示的線性關(guān)系：

曹增節(jié)說：“續(xù)香火是重要的，現(xiàn)在書畫界的問題不是沒有創(chuàng)新，而是沒有傳承，人人都想創(chuàng)新，都想離開老師，另立門戶，自扛大旗，以不像老師為榮，殊不知，這恰恰是最大的問題，當(dāng)務(wù)之急是把中國書畫的傳統(tǒng)技法、精神傳下來?！?/p>

在公式（3）兩端同時除以NIN，得到

根據(jù)式(28)可知聯(lián)立式(27)和式(29)可得累積公差與同軸度Tc的關(guān)系。依據(jù)3.3節(jié)和式(29)構(gòu)建FM在Lv、Q方向的2維空間域，其2維空間域的2維空間域的位置關(guān)系如圖14所示。

【英國《國際核工程》網(wǎng)站2018年10月2日報道】 俄羅斯核燃料產(chǎn)供集團(TVEL)主管科技工作的副總裁亞歷山大·烏格爾耶莫夫2018年9月27日宣布，產(chǎn)供集團計劃與俄羅斯原子能工業(yè)公司(Rosenergoatom)達成協(xié)議，近期在VVER-1000反應(yīng)堆中對耐事故燃料元件進行輻照試驗。但沒有指明具體將對哪種耐事故燃料進行輻照試驗。

該公式計算值與實際觀測值的相關(guān)系數(shù)達到0.538。通過計算N0.01～0.5μm對NIN貢獻僅僅為 4.87%，N0.5～10μm對NIN貢獻達到74.68%，兩個譜段總貢獻并不是 100%，這是由于常數(shù)項導(dǎo)致的。因此，盡管0.5～10 μm粒徑段氣溶膠數(shù)濃度遠遠小于0.01～0.5 μm 粒徑段氣溶膠，但是大粒徑段氣溶膠對冰核的貢獻更為顯著。

圖 5為在－25～－10°C溫度范圍內(nèi)，每隔0.25°C進行冰核顯現(xiàn)實驗，最終得到不同活化溫度Ta下，NIN與 0.5～10 μm 粒徑段氣溶膠數(shù)濃度N0.5～10μm之間的指數(shù)型函數(shù)關(guān)系?；罨瘻囟仍降?，NIN與N0.5～10μm的相關(guān)性越高（圖 5），這與 DeMott et al.（2010）的結(jié)論一致。因此氣溶膠數(shù)濃度以及活化溫度對冰核濃度的影響同樣重要。同時考慮N0.5～10μm以及Ta的函數(shù)關(guān)系式為

圖5 不同溫度下冰核濃度與氣溶膠濃度（0.5～10 μm）之間的相關(guān)性（Adj R2為修正確定系數(shù)）Fig.5 IN number concentrations as a function of aerosol number concentration (0.5～10 μm) at different temperatures (Adj R2 is the adjusted coefficient of determination)

（6）式中冰核僅僅包括凝華核以及凝結(jié)凍結(jié)核。表5中總結(jié)了本文得到的冰核經(jīng)驗公式，這些公式分別考慮了不同因素對冰核濃度的影響。通過對比不同經(jīng)驗公式的計算值與真實值的相關(guān)系數(shù)，考慮氣溶膠與溫度的經(jīng)驗公式更為合理，我們可以將這些經(jīng)驗公式加入模式中，以便研究氣溶膠如何作為冰核影響冷云降水。

表5 冰核濃度經(jīng)驗公式總結(jié)（冰核濃度單位：L–1；氣溶膠數(shù)濃度單位：cm–3）Table 5 The summary of IN concentration empirical equations ( the units of ice nuclei and aerosol concentrations are L-1 and cm-3, respectively )

4 結(jié)論

本文主要通過采集南京地區(qū)氣溶膠樣本以及使用靜力擴散云室顯現(xiàn)實驗得到凝華核以及凝結(jié)凍結(jié)核濃度，結(jié)合氣溶膠觀測數(shù)據(jù)，綜合分析了冰核濃度特征及其與氣溶膠的相關(guān)性，得到了以下結(jié)論：

（1）活化溫度為－20°C，水面過飽和度Sw=1%條件下，冰核濃度平均值為0.352 L–1，與總氣溶膠濃度（粒徑范圍為 0.01～10 μm）比值僅僅為4.0×10-8。溫度越低，濕度越大，冰核濃度越多。霧和降水對較大氣溶膠的清除會導(dǎo)致冰核濃度的減少。

（2）對比不同氣團對南京地區(qū)冰核的影響得知，南方氣團中含有較多的大粒徑氣溶膠（粒徑大于 0.5 μm）導(dǎo)致該類氣團中冰核濃度最高。西北氣團中冰核占氣溶膠總濃度的比例最高，這可能是由于西北地區(qū)中含有冰相核化能力較強的沙塵氣溶膠導(dǎo)致的。對比污染區(qū)與整個觀測期間結(jié)果發(fā)現(xiàn)，來自污染區(qū)氣團中冰核濃度更高，這也說明工業(yè)排放以及人類活動生成的氣溶膠會增加冰核濃度。

（3）通過對比分析不同粒徑段氣溶膠與冰核之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)冰核與較大粒徑氣溶膠的表面積濃度相關(guān)性更大，并且粒徑大于0.5 μm的氣溶膠對冰核的貢獻更大。通過擬合得到活化溫度和大于0.5 μm氣溶膠數(shù)濃度共同計算冰核濃度的經(jīng)驗公式。

本次研究主要針對南京地區(qū)冬季，通過分析得知較高濃度的氣溶膠同樣會增加冰核濃度，并且得到了冰核與氣溶膠濃度的經(jīng)驗公式。但是本文僅僅是在南京地區(qū)單個站點的短期觀測，今后需要長時間更大范圍的觀測進而更加充分研究氣溶膠與冰核之間的關(guān)系。另外，由于缺少氣溶膠的化學(xué)成分分析，本文并不能充分說明不同種類氣溶膠的冰相核化能力，我國不同地區(qū)不同種類氣溶膠的冰相核化能力仍有待于研究。

致謝感謝南京信息工程大學(xué)觀測場提供基本氣象要素資料以及兩名匿名審稿專家提出的建設(shè)性修改意見。

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