含AgI人工冰核粒子的电镜分析

为深入认识当前人工影响天气作业中广泛使用的AgI焰剂的成冰特性,利用电子显微镜对含AgI焰剂产生的人工冰核粒子尺度特征进行分析研究。利用环境场扫描电镜对焰剂颗粒的尺度分布和形态学特征进行研究,利用场发射高分辨透射电镜纳米区域的X射线成分分析(EDS)对实验样品的颗粒结构特点和主要组成成分进行研究。实验结果表明:不同配方焰剂燃烧产生的颗粒谱分布特征有明显差异,所取5种焰剂产生的颗粒平均谱分布,其直径在0.02~0.50μm之间的粒子数占98.96%,即产生粒子绝大部分都可直接参加云内的成冰核化过程,但其谱宽、峰值直径,分布特征都不相同。透射电镜结果表明:焰剂颗粒的主要组成是KCl,其表面附着AgI小颗粒,该结构特征可能更有利于焰剂颗粒的成冰核化。利用中国气象科学研究院1 m3等温冷云室对AgI焰剂阈温对比实验表明:5种焰剂的成冰阈温在-3.5^-4.4℃范围内,不同焰剂配方的阈温不同,最大相差1℃。焰剂成冰核化速率主要由颗粒的大小(均立方根直径)决定,同时受到谱宽、主峰位置等多种分布特征量影响,改进配方时应综合考虑。同时,由于高于-4.4℃时,焰剂产生颗粒接触过冷水滴缺少活性,即含AgI焰剂不适于云中较暖区的催化。

冰雪晶碰并勾连增长的实验与观测分析

冰雪晶碰并勾连成雪花或雪团的过程是降水的重要机制之一。冰雪晶形态不同导致各类晶动力特性的差异,因此,无论从理论、数值试验还是室内模拟研究这一过程都有很大困难。该文就室内、外场试验和自然云的观测,讨论分析其发生机理和条件。结果表明:冰晶的增长过程有一个与云滴碰并增长相似的加速过程,冰晶碰并过冷滴形成霰(雹胚),凇附长成冰雹;冰雪晶相互碰并勾连、攀附增长为雪花或雪团,都是降水质点加速增长的重要过程。此过程仅在水面饱和、过饱和条件下发生,而水面欠饱和、无液滴(无云)时,冰晶很薄、晶型简单,无碰并勾连、攀附现象。冰晶在液滴存在的云雾中伴随气流对流、乱流运动中接触碰并勾连成雪花或雪团,其碰并勾连效率既受晶体形状影响,亦受晶体表面附着力的影响,其机制有勾连亦有粘连,晶型多样,以相同晶型为主,温度范围广(-3^-17℃);其中-13^-17℃碰并勾连效率最高,该层的枝、星状晶是勾连、攀附的主要区域,亦为冰晶繁生的主要区域、生长率最快,是人工增雨播撒人工冰核催化效率较高的温度段。

一个用于催化剂成冰性能检测的新型等温云室

云雾物理实验是我国大气科学研究需要加强的一个方面,文中介绍了中国气象科学研究院新建用于人工冰核催化剂成冰性能研究的1 m3等温云室。阐述了该云室主要结构组成、性能特点、附属设备和实验程序,以及所开展的催化剂成冰效率的初步检测研究。实验结果表明,该云室在原建系列云室基础上,对制冷及保温性能有很大的改进和优化,更适合催化剂成冰性能检测和研究,为今后我国开展云雾、降水微物理实验研究和提高人工影响天气催化技术水平提供了一个有用的综合研究平台。

人工冰核的核化速率实验

如同成冰总数一样,核化速率也是催化剂性能的关键参数之一,对于科学设计和指导人工影响天气试验和作业有非常重要的意义,以前很少引起人们的关注。通过借鉴DeMott等使用的化学动力学方法,利用催化剂检测实验中时间特征等资料展开核化速率研究。结果表明,对于其他实验条件相同时,不同样品核化速率不同;同一样品不同温度动态特征明显不同:对于低温段(<-16℃),形成冰晶对应快过程,主要表现是凝结冻结核化、凝华核化;而较高温度(≥-12℃)时形成冰晶是慢过程(接触核化、浸入核化机制)起主要作用。建议人工影响天气外场试验和作业中选择催化剂应关注其核化速率差异,根据实验目的优选具有不同核化速率的催化剂。

液氮消冷雾微结构的演变分析

液氮已广泛用于外场的人工增雨和消雾，是“十五”人工影响天气攻关研究和推荐的催化剂之一；其优势在于价廉，对环境无污染，资源丰富，-8℃以上成冰率高于AgI。文章介绍用液氮在首都机场的消雾试验，讨论和分析了消雾前后雾微结构的演变。对地跨北京14个区县，持续48h，能见度最低时达20～30m的气团平流雾连续播撒液氮，35min后下风方4．8km的测立占出现冰雪晶，形状以柱状为主，平均浓度为0．35个／cm^3。冰雪晶的出现破坏了雾的胶性稳定性，能见度很快得以改善，水平能见度增加到300～600m。

新型AgI末端燃烧器及其在增雨作业中的应用

文章对我国新型AgI末端燃烧器的研制情况、结构和改造及其使用作了介绍,简述了这种新催化工具的特点,结合2002年12月至2004年9月,新型AgI末端燃烧器在河北、河南、青海、山东和北京飞机人工增雨探测作业试验,介绍了新型AgI末端燃烧器在3种增雨探测作业机型中的使用情况,并就其中遇到的问题进行了讨论,对如何结合探测作业飞机上所加载的GPS导航数据记录系统及其它辅助记录数据进行催化作业情况记录进行了说明。

新型消暖雾催化剂与传统吸湿性催化剂消雾性能的室内对比试验

为了研究一种新的环保型消暖雾催化剂RC/XW的消雾性能,同时选取无水氯化钙(CaC l2)和氯化钠(NaC l)2种吸湿性物质作为对比物,对它们进行室内试验研究。其中RC/XW粒子直径主要集中在12μm;将无水氯化钙和氯化钠分别粉碎成10μm、15μm、20μm和30μm 4个不同的直径。结果表明:不同种类的催化剂、同种类不同尺度的催化剂之间消雾效果都存在很大差异。消雾效果与播撒剂量直接相关。RC/XW适用于消除含水量在0.3 g.m-3以上的严重影响视程的暖雾,且播撒剂量要>1 g.m-3。

环境扫描电子显微镜工作原理及其气象学应用

大气颗粒物具有吸附性、吸湿性以及对光的吸收和散射性等特性,对环境、气候和人类健康造成许多不利影响。扫描电子显微镜和能谱分析技术,可在观测大气组成的微小颗粒的微观结构的同时,实现对微结构元素组分分析的目的,为气象学中开展微观物理化学研究提供一个有效的手段。文章简要介绍了环境扫描电子显微镜(ESEM)的基本工作原理及特点,指出环境扫描电子显微镜在气象科学研究中的独特作用、适用领域,并通过对人工影响天气焰剂产生的大气颗粒的物理化学性质研究的实例来说明其应用。