凝結(jié)核（起凝結(jié)核心作用的氣溶膠質(zhì)粒）
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凝結(jié)核
本詞條是多義詞，共2個(gè)義項(xiàng)
起凝結(jié)核心作用的氣溶膠質(zhì)粒
凝結(jié)核，是指物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)或固態(tài)的凝結(jié)過(guò)程中，或由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的凝結(jié)過(guò)程中，起凝結(jié)核心作用的顆粒。粒徑一般小于0.1μm。按成分的性質(zhì)可分為三類(lèi)。不溶于水，但表面能為水所濕潤(rùn)的核。地球氣象現(xiàn)象中的各種降水現(xiàn)象的性質(zhì)和規(guī)模大小都與凝結(jié)核的有無(wú)與凝結(jié)核是否充沛息息相關(guān)。
大氣凝結(jié)核由固態(tài)物質(zhì)、溶液滴或兩者的混合物組成，其化學(xué)成分很復(fù)雜，最常見(jiàn)的是氯、氮、碳、鎂、鈉、鈣等化合物。大氣中的水汽能在其上凝結(jié)而成小水滴的懸浮微粒，通常稱(chēng)凝結(jié)核。由于懸浮在大氣中的微粒都能在不同程度上起凝結(jié)核的作用，所以大氣凝結(jié)核和大氣氣溶膠微粒實(shí)際上是同義詞。凝結(jié)核是促使空氣中水汽凝結(jié)的微粒。
基本信息
| 中文名 | 凝結(jié)核 |
| 外文名 | Condensation nuclei |
| 分類(lèi) | 可溶性核 混合體 |
| 定義 | 起凝結(jié)核心作用的氣溶膠質(zhì)粒 |
| 粒徑 | 小于0.1μm |
簡(jiǎn)介
在純凈的大氣中，水汽必須達(dá)到百分之幾百的飽和度，才能凝結(jié)成水滴。但在大氣凝結(jié)核存在的條件下，水汽凝結(jié)所需的過(guò)飽和度顯著降低。水汽在不同性質(zhì)、不同尺度的凝結(jié)核上凝結(jié)所需的過(guò)飽和度，差別很大。一般說(shuō)來(lái)，吸濕性核（在相對(duì)濕度小于100%的情況下，就能使水汽凝結(jié)的微粒）所需的過(guò)飽和度，比非吸濕性核小得多，而且凝結(jié)核的尺度越大，凝結(jié)所需的過(guò)飽和度越小。
分類(lèi)
按成吸水能力分
（1）吸濕性凝結(jié)核，它具有很強(qiáng)的吸水能力，易溶于水。如海水濺沫進(jìn)入空氣的鹽粒，工廠(chǎng)排出的二氧化硫和煙粒等，是很活躍的凝結(jié)核，一經(jīng)吸收水分，能形成濃度很大的胚胎，然后以胚胎為中心而進(jìn)行凝結(jié)。
（2）非吸濕性凝結(jié)核，雖不易或不溶于水，但易為水所潤(rùn)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(zhì)分
物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)或固態(tài)的凝結(jié)過(guò)程中，或由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的凝結(jié)過(guò)程中，起凝結(jié)核心作用的顆粒。粒徑（半徑）一般小于0.1μm。按成分的性質(zhì)可分為三類(lèi)。
（3）混合體。每個(gè)核同時(shí)含有可溶與不可溶的成分，如某種氣體溶入云滴后，由化學(xué)反應(yīng)生成可溶性鹽類(lèi)，隨后水分蒸發(fā)，殘留的鹽類(lèi)結(jié)晶附著于云滴中不可溶核上。
按尺度大小分
大氣凝結(jié)核的尺度范圍很寬，通常按尺度大小分為三類(lèi)：
②大核，半徑0.1(0.2)～1微米；
來(lái)源
云凝結(jié)核的主要來(lái)源有三種：
③塵土和海水濺沫進(jìn)入大氣的海鹽微粒。
一般說(shuō)來(lái)，大氣中并不缺乏云凝結(jié)核，只要水汽超過(guò)飽和狀態(tài)，就可以形成云（霧）滴。因?yàn)樵颇Y(jié)核的濃度，對(duì)形成的云滴的大小和濃度有重要作用，所以它對(duì)云中的微物理過(guò)程有重要影響。
活化
水汽能在其上凝結(jié)成云滴或霧滴的微粒稱(chēng)為云（霧）凝結(jié)核。在成云的實(shí)際過(guò)程中，水汽的過(guò)飽和度一般在1%以下，所以云凝結(jié)核是大氣凝結(jié)核中吸濕性較強(qiáng)且尺度較大的一種。云凝結(jié)核的濃度與水汽過(guò)飽和度有密切的關(guān)系，水汽過(guò)飽和度越大，云凝結(jié)核的濃度也越大。這是因?yàn)檫^(guò)飽和度增大以后，在原來(lái)不能起凝結(jié)作用的某些微粒上，水汽也能凝結(jié)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為凝結(jié)核的活化。
分布情況
大氣凝結(jié)核濃度的變化范圍也很大，凝結(jié)核多少因地而異，如遠(yuǎn)離大陸的海洋上凝結(jié)核密度數(shù)量級(jí)為103個(gè)/cm，在農(nóng)村為104/cm；而在城市可達(dá)105個(gè)/cm；在大工業(yè)城市上空，有時(shí)達(dá)到106個(gè)/cm。凝結(jié)核的濃度隨高度很快減小。
在同一地區(qū)，凝結(jié)核密度隨高度增加而減少。凝結(jié)核多少影響到雨量，故在城市上空及其盛行風(fēng)下風(fēng)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(jié)核含量大，且吸水性很強(qiáng)，常形成局部地區(qū)的暴雨。
意義
凝結(jié)核對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)生活的意義：
地球氣象現(xiàn)象中的各種降水現(xiàn)象的性質(zhì)和規(guī)模大小都與凝結(jié)核的有無(wú)與凝結(jié)核是否充沛息息相關(guān)。例如富含水蒸氣的云系，如果在其經(jīng)過(guò)區(qū)域上空有豐富的凝結(jié)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(jié)核的豐度較低，即使經(jīng)過(guò)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(zāi)害天氣現(xiàn)象，也與凝結(jié)核有密切的關(guān)系。
因此，人類(lèi)可以應(yīng)用此特點(diǎn)干預(yù)降水的產(chǎn)生和降水的性質(zhì)。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(guò)人為控制凝結(jié)核的豐度來(lái)干預(yù)天氣現(xiàn)象。
凝結(jié)核計(jì)數(shù)器(CondensationNucleus Counter一CNC)，主要應(yīng)用于測(cè)量懸浮在大氣中的凝結(jié)核(氣溶膠)濃度，是最基本的測(cè)量氣溶膠的儀器之一。在實(shí)際大氣中，起凝結(jié)作用的氣溶膠粒子最小直徑有時(shí)只有幾納米，即使用最先進(jìn)的激光探測(cè)技術(shù)也無(wú)法直接測(cè)量到。凝結(jié)核計(jì)數(shù)器克服了這一難題，它利用先使測(cè)量氣體凝結(jié)，再測(cè)量凝結(jié)粒子濃度的方法，以達(dá)到間接測(cè)量凝結(jié)核濃度的目的。
凝結(jié)核計(jì)數(shù)器發(fā)明于上世紀(jì)，從最早簡(jiǎn)易的愛(ài)根核計(jì)數(shù)器，到現(xiàn)在各種精密儀器CPC，已有超過(guò)100年的歷史。凝結(jié)核計(jì)數(shù)器的類(lèi)型如下：
愛(ài)根核計(jì)數(shù)器
愛(ài)根核計(jì)數(shù)器(Aitken Nucleus Counter)是最早的凝結(jié)核計(jì)數(shù)器，由愛(ài)根于1888年研究成功。儀器為一個(gè)與抽氣筒相連的小室，室上有一放大鏡供觀(guān)察讀數(shù)。小室內(nèi)壁附一層浸濕的多孔紙，以保持室內(nèi)空氣接近飽和。小室內(nèi)裝入一定體積的待測(cè)氣體，然后用抽氣筒抽氣，使室內(nèi)降壓而達(dá)到很高的過(guò)飽和度，空氣中的水汽便在懸浮的氣溶膠質(zhì)點(diǎn)(即凝結(jié)核上)凝結(jié)增長(zhǎng)成水滴，沉降在小室底部上刻有尺寸網(wǎng)格的玻璃板上，用放大鏡讀出小水滴的數(shù)，乘以?xún)x器的校正系數(shù)即為凝結(jié)核濃度。該儀器的工作量程為100-15000cm，誤差為10-20%。愛(ài)根核計(jì)數(shù)器實(shí)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(dá)3000m) ,控制要素只有壓力一項(xiàng)，結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單。
N一P計(jì)數(shù)器
N一P計(jì)數(shù)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(tái)能夠快速又較準(zhǔn)確測(cè)量出凝結(jié)核濃度的計(jì)數(shù)器，并在幾十年內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。
N-P計(jì)數(shù)器的工作原理是通過(guò)膨脹使原本被壓縮的空氣迅速冷卻，以實(shí)現(xiàn)過(guò)飽并凝結(jié)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(chǎn)生近似絕熱膨脹的效果，使空氣冷卻產(chǎn)生凝結(jié)。
聲學(xué)粒子計(jì)數(shù)器APC
聲學(xué)粒子計(jì)數(shù)器APC (AcousticParticle Counter)發(fā)明于上世紀(jì)五六十年代，后曾被用于測(cè)量霧粒子濃度，尺度范圍為5-30,APC小屬于凝結(jié)核計(jì)數(shù)器，可是其設(shè)計(jì)原理獨(dú)特，運(yùn)用聲學(xué)技術(shù)完成計(jì)數(shù)，是計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)原理的又一次創(chuàng)新。
APC由純凈空氣組成的超薄氣流通過(guò)探測(cè)器。當(dāng)一個(gè)粒子進(jìn)入該超薄氣流時(shí)，由于粒子與其環(huán)繞氣流存在密度差異，氣流就會(huì)產(chǎn)生渦旋，變得動(dòng)蕩。這個(gè)動(dòng)蕩增加了流動(dòng)阻力，產(chǎn)生一個(gè)暫時(shí)的氣壓差，導(dǎo)致氣流發(fā)出一次嘀嗒的聲響，這個(gè)聲響被麥克風(fēng)放大后，由自動(dòng)粒子計(jì)數(shù)器記錄卜來(lái)，就完成了一次計(jì)數(shù)。
凝結(jié)粒子計(jì)數(shù)器CPC
凝結(jié)粒子計(jì)數(shù)器C P C(CondensationParticle Counter)是現(xiàn)在最主流的凝結(jié)核計(jì)數(shù)器，它的出現(xiàn)取代了N-P計(jì)數(shù)器。儀器首先讓空氣飽和凝結(jié)，隨后再由激光探測(cè)器計(jì)算出粒子個(gè)數(shù)，載有凝結(jié)粒子的氣流通過(guò)激光傳感器，由于激光器腔內(nèi)直徑很小，一次只有一個(gè)凝結(jié)粒子通過(guò)激光探頭，因此此類(lèi)凝結(jié)核計(jì)數(shù)器被又稱(chēng)為單粒子計(jì)數(shù)器。
電子低壓撞擊計(jì)數(shù)器ELPI
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尚可名片
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