凝结核计数器的原理和研究进展

 林振毅 南京信息工程大学应用气象学院 210044

摘 要

气溶胶粒子在成云致雨、太阳与大气辐射吸收等方面都有重要影响，是一个近几年非常活跃的研究课题。本文主要简述用于气溶胶采集的凝结核计数器的研究进展和应用。叙述了凝结核计数器基本工作原理、指出其经历的不同发展阶段、比较了不同仪器设计的优缺点和国内外的仪器开发进展，并推测了凝结核计数器的发展前景。

1 凝结核计数器简介

凝结核计数器（C o n d e n s a t i o n Nucleus Counter －CNC），主要应用于测量悬浮在大气中的凝结核(气溶胶)浓度，是最基本的测量气溶胶的仪器之一。在实际大气中，起凝结作用的气溶胶粒子最小直径有时只有几纳米，即使用最先进的激光探测技术也无法直接测量到。凝结核计数器克服了这一难题，它利用先使测量气体凝结，再测量凝结粒子浓度的方法，以达到间接测量凝结核浓度的目的。

2 凝结核计数器的发展及原理

凝结核计数器发明于上世纪，从最早简易的爱根核计数器，到现在各种精密仪器CPC，已有超过 100 年的历史。下文将简述凝结核计数器的发展过程。

2.1 爱根核计数器（Aitken NucleusCounter）

爱根核计数器是最早的凝结核计数器，由爱根于1888年研究成功。仪器为一个与抽气筒相连的小室,室上有一放大镜供观察读数。小室内壁附一层浸湿的多孔纸,以保持室内空气接近饱和。小室内装入一定体积的待测气体,然后用抽气筒抽气,使室内降压而达到很高的过饱和度,空气中的水汽便在悬浮的气溶胶质点（即凝结核上）凝结增长成水滴,沉降在小室底部上刻有尺寸网格的玻璃板上,用放大镜读出小水滴的数,乘以仪器的校正系数即为凝结核浓度。该仪器的工作量程为100-15000cm-2，误差为 10-20%。爱根核计数器实际上是一种体积极小的云室,容积只有几十立方厘米(而大型云室可达3000m2),

控制要素只有压力一项,结构也非常简单。爱根核计数器结构虽然简单，测定的是爱根核（直径0.001μm～10μm）的浓度，但它的出现有着重要的意义。其后虽然出现了各种先进的仪器，用不同的方法来实现计数，但它们都遵循爱根核计数的基本设计原理，即让空气过饱和产生凝结，之后计算凝结粒子的数量。即使在N-P 计数器（Nolan-Pollak Counter）出现之后，仍有研究者将爱根核计数器进行改进(Michael,1986等[9])，并将采集到的数据与 N-P 计数器的数据进行比较。

2.2 N-P 计数器（Nolan-PollakCounter）N - P

计数器最初由诺兰和波拉克于1955年制造，因此得名[1]。它是世界第一台能够快速又较准确测量出凝结核浓度的计数器，并在几十年内得到广泛应用。自第一台N-P 计数器诞生后，不同研究者先后对N-P 计数器进行改良和仿制，做了大量的实验，并通过不同计数器结果的对比，共同制定仪器的修正函数和各项参数。