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凝結核（起凝結核心作用的氣溶膠質粒）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-19

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凝結核

本詞條是多義詞，共2個義項

起凝結核心作用的氣溶膠質粒

凝結核，是指物質由氣態(tài)轉化為液態(tài)或固態(tài)的凝結過程中，或由液態(tài)轉化為固態(tài)的凝結過程中，起凝結核心作用的顆粒。粒徑一般小于0.1μm。按成分的性質可分為三類。不溶于水，但表面能為水所濕潤的核。地球氣象現(xiàn)象中的各種降水現(xiàn)象的性質和規(guī)模大小都與凝結核的有無與凝結核是否充沛息息相關。

大氣凝結核由固態(tài)物質、溶液滴或兩者的混合物組成，其化學成分很復雜，最常見的是氯、氮、碳、鎂、鈉、鈣等化合物。大氣中的水汽能在其上凝結而成小水滴的懸浮微粒，通常稱凝結核。由于懸浮在大氣中的微粒都能在不同程度上起凝結核的作用，所以大氣凝結核和大氣氣溶膠微粒實際上是同義詞。凝結核是促使空氣中水汽凝結的微粒。

基本信息

中文名	凝結核
外文名	Condensation nuclei
分類	可溶性核混合體
定義	起凝結核心作用的氣溶膠質粒
粒徑	小于0.1μm

簡介

在純凈的大氣中，水汽必須達到百分之幾百的飽和度，才能凝結成水滴。但在大氣凝結核存在的條件下，水汽凝結所需的過飽和度顯著降低。水汽在不同性質、不同尺度的凝結核上凝結所需的過飽和度，差別很大。一般說來，吸濕性核（在相對濕度小于100%的情況下，就能使水汽凝結的微粒）所需的過飽和度，比非吸濕性核小得多，而且凝結核的尺度越大，凝結所需的過飽和度越小。

分類

按成吸水能力分

（1）吸濕性凝結核，它具有很強的吸水能力，易溶于水。如海水濺沫進入空氣的鹽粒，工廠排出的二氧化硫和煙粒等，是很活躍的凝結核，一經吸收水分，能形成濃度很大的胚胎，然后以胚胎為中心而進行凝結。

（2）非吸濕性凝結核，雖不易或不溶于水，但易為水所潤濕，如塵埃、巖石微粒、花粉等，它們可將水汽吸附在其表面上而形成小水滴。

按成分的性質分

物質由氣態(tài)轉化為液態(tài)或固態(tài)的凝結過程中，或由液態(tài)轉化為固態(tài)的凝結過程中，起凝結核心作用的顆粒。粒徑（半徑）一般小于0.1μm。按成分的性質可分為三類。

（1）不溶于水，但表面能為水所濕潤的核。主要是一些經風化后的礦物微粒，如碳酸鈣等。這類核的凝結性能，決定于核的大小及吸附水分子的能力。

（2）可溶性核。是一些可溶性鹽的微粒，如海洋和土壤中的氯化鈉、氯化鎂和硫酸鎂等，燃燒產物如硫酸鈉，大氣中由化學反應生成的硫酸銨等。

（3）混合體。每個核同時含有可溶與不可溶的成分，如某種氣體溶入云滴后，由化學反應生成可溶性鹽類，隨后水分蒸發(fā)，殘留的鹽類結晶附著于云滴中不可溶核上。

按尺度大小分

大氣凝結核的尺度范圍很寬，通常按尺度大小分為三類：

①愛根核，半徑0.005～0.1(0.2)微米，需用愛根核計數器檢測；

②大核，半徑0.1(0.2)～1微米；

③巨核，半徑大于1微米。

來源

云凝結核的主要來源有三種：

①燃燒時排放到空氣中的各種無機鹽煙塵；

②燃燒過程中或工業(yè)生產中排放的硫氧化物和氮氧化物氣體，與大氣中其他物質化合而成的可溶性微粒；

③塵土和海水濺沫進入大氣的海鹽微粒。

一般說來，大氣中并不缺乏云凝結核，只要水汽超過飽和狀態(tài)，就可以形成云（霧）滴。因為云凝結核的濃度，對形成的云滴的大小和濃度有重要作用，所以它對云中的微物理過程有重要影響。

活化

水汽能在其上凝結成云滴或霧滴的微粒稱為云（霧）凝結核。在成云的實際過程中，水汽的過飽和度一般在1%以下，所以云凝結核是大氣凝結核中吸濕性較強且尺度較大的一種。云凝結核的濃度與水汽過飽和度有密切的關系，水汽過飽和度越大，云凝結核的濃度也越大。這是因為過飽和度增大以后，在原來不能起凝結作用的某些微粒上，水汽也能凝結，這種現(xiàn)象稱為凝結核的活化。

分布情況

大氣凝結核濃度的變化范圍也很大，凝結核多少因地而異，如遠離大陸的海洋上凝結核密度數量級為103個/cm，在農村為104/cm；而在城市可達105個/cm；在大工業(yè)城市上空，有時達到106個/cm。凝結核的濃度隨高度很快減小。

在同一地區(qū)，凝結核密度隨高度增加而減少。凝結核多少影響到雨量，故在城市上空及其盛行風下風向，常多云霧，降水量增多。尤其在燃煤量大的工業(yè)區(qū)上空，由于凝結核含量大，且吸水性很強，常形成局部地區(qū)的暴雨。

意義

凝結核對人類生產生活的意義：

地球氣象現(xiàn)象中的各種降水現(xiàn)象的性質和規(guī)模大小都與凝結核的有無與凝結核是否充沛息息相關。例如富含水蒸氣的云系，如果在其經過區(qū)域上空有豐富的凝結核存在，則極易形成降水降落到地面。反之，如果某區(qū)域上空凝結核的豐度較低，即使經過云系含有豐富的水蒸氣，仍然不能形成降水條件。而冰雹、凍雨等災害天氣現(xiàn)象，也與凝結核有密切的關系。

因此，人類可以應用此特點干預降水的產生和降水的性質。例如，人工降雨/雪、人工增雨/雪和人工消雹作業(yè)，加快冰雪融化都是通過人為控制凝結核的豐度來干預天氣現(xiàn)象。

計數器

凝結核計數器(CondensationNucleus Counter一CNC)，主要應用于測量懸浮在大氣中的凝結核(氣溶膠)濃度，是最基本的測量氣溶膠的儀器之一。在實際大氣中，起凝結作用的氣溶膠粒子最小直徑有時只有幾納米，即使用最先進的激光探測技術也無法直接測量到。凝結核計數器克服了這一難題，它利用先使測量氣體凝結，再測量凝結粒子濃度的方法，以達到間接測量凝結核濃度的目的。

凝結核計數器發(fā)明于上世紀，從最早簡易的愛根核計數器，到現(xiàn)在各種精密儀器CPC，已有超過100年的歷史。凝結核計數器的類型如下：

愛根核計數器

愛根核計數器(Aitken Nucleus Counter)是最早的凝結核計數器，由愛根于1888年研究成功。儀器為一個與抽氣筒相連的小室，室上有一放大鏡供觀察讀數。小室內壁附一層浸濕的多孔紙，以保持室內空氣接近飽和。小室內裝入一定體積的待測氣體，然后用抽氣筒抽氣，使室內降壓而達到很高的過飽和度，空氣中的水汽便在懸浮的氣溶膠質點(即凝結核上)凝結增長成水滴，沉降在小室底部上刻有尺寸網格的玻璃板上，用放大鏡讀出小水滴的數，乘以儀器的校正系數即為凝結核濃度。該儀器的工作量程為100-15000cm，誤差為10-20%。愛根核計數器實際上是一種體積極小的云室，容積只有幾十立方厘米(而大型云室可達3000m) ,控制要素只有壓力一項，結構也非常簡單。

N一P計數器

N一P計數器(Nolan一PollakCounter)最初由諾蘭和波拉克于1955年制造，因此得名。它是世界第一臺能夠快速又較準確測量出凝結核濃度的計數器，并在幾十年內得到廣泛應用。

N-P計數器的工作原理是通過膨脹使原本被壓縮的空氣迅速冷卻，以實現(xiàn)過飽并凝結的目的。最早的壓縮空氣與大氣壓的比率固定為1. 21。快速降壓產生近似絕熱膨脹的效果，使空氣冷卻產生凝結。

聲學粒子計數器APC

聲學粒子計數器APC (AcousticParticle Counter)發(fā)明于上世紀五六十年代，后曾被用于測量霧粒子濃度，尺度范圍為5-30,APC小屬于凝結核計數器，可是其設計原理獨特，運用聲學技術完成計數，是計數器設計原理的又一次創(chuàng)新。

APC由純凈空氣組成的超薄氣流通過探測器。當一個粒子進入該超薄氣流時，由于粒子與其環(huán)繞氣流存在密度差異，氣流就會產生渦旋，變得動蕩。這個動蕩增加了流動阻力，產生一個暫時的氣壓差，導致氣流發(fā)出一次嘀嗒的聲響，這個聲響被麥克風放大后，由自動粒子計數器記錄卜來，就完成了一次計數。

凝結粒子計數器CPC

凝結粒子計數器C P C(CondensationParticle Counter)是現(xiàn)在最主流的凝結核計數器，它的出現(xiàn)取代了N-P計數器。儀器首先讓空氣飽和凝結，隨后再由激光探測器計算出粒子個數，載有凝結粒子的氣流通過激光傳感器，由于激光器腔內直徑很小，一次只有一個凝結粒子通過激光探頭，因此此類凝結核計數器被又稱為單粒子計數器。

電子低壓撞擊計數器ELPI

電子低壓撞擊計數器ELPI(Electrical Low Pressure Itnpactor)是凝結核計數器設計的又一次新嘗試。最小測量粒徑范圍為7nm--10 um，儀器主要由級聯(lián)撞擊器、線管級電暈、多通道靜電計三個部分組成。

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