北极云冰晶粒子的特征

1、北极云冰晶粒子的特征我们组主要看了 A. V. Korolev and G. A. Isaac 在 1999 年写的 Ice particle habits in Arctic clouds （北极云冰晶粒子的特征）这篇文章。这篇文章主要介绍，大气云中的冰晶具有一定 的形状，形态特征对粒子的密度、下落末速度、增长速率、辐射特性有一定影响。在计算气 候变化预测、降水预测、天气预报、遥感时，假定理想冰晶粒子是柱状、针状和树状的。 A. V Korolev等使用分辨率2.3皿的新技术成像仪研究北极云，发现：原始形态仅占冰晶粒 子的3%,这是在1998年4月北极测得的，温度范围在0-45C，观测了边界

2、层、多层次 混合层、卷云。并且，他们在一次常规的观测中发现，不规则形状的粒子由有小面的多晶体 粒子和纯净的（蒸发或固体升华）拥有平滑弯曲的平面和边缘的冰晶粒子组成。因为现在预 测气候变暖在北极达到最大，云的特性显著影响了辐射的平衡，因此需要在气候变暖和辐射 平衡的计算和预测中考虑非原始冰晶粒子特性的影响。具体如下：仪器：该次分析的数据主要使用了飞行数据，云冰颗粒的结构的数据。其中，飞行数据来自加拿大 康维尔580的国家研究委员会，这是广泛运用于云微物理测量并对飞机收集的数据进行分 析，以解决非理想的习惯问题；而云冰颗粒的结构数据主要是利用云粒子成像仪的探针收集 的，该技术是由SPECI新开发的

3、，针对高速移动平台的云粒子的高分辨率成像。高功率脉 冲激光冻结粒子图像上有1000 x1000像素的数码CCD相机，2.3 Mm的像素分辨率，一个强 大的视频引擎可以处理多达40帧图像识别和估计1000种颗粒物的大小。因此256个灰度级 的图像可以显示冰粒的一些内部结构，并且可以对其三维结构进行判断。该次分析的数据收集于1998年4月由加拿大和美国组织的第一次ISCCP区域试验北极 云实验。冰粒的测量，主要在锋面系统中的卷与层状云系中收，.高度和云的温度范围分是 从0.03到7.5公里，0C到-45C，这些数据在14个航班（8天）内收集所得，用于分析的 云内路径总长度约4630公里。云中原始冰

4、粒子出现的频数此次分析的主要目标是为了研究冰粒子的形状以及给出不同温度下冰粒子的统计分布。 将最大维直径超过40 pm的冰粒子特性分为两组：原始的冰粒子和不规则的冰粒子。“原 始冰”这个术语应用于小面冰单个晶体。剩下的粒子属于不规则类。选择40 pm为临界值 是由于更小粒子的形状不能被确切地判断出来。V. Korolev等通过分析这些数据得出，原始冰在北极云中是一个很稀有的现象。发现大 部分冰粒子（97%）是不规则形状并且只有3%的冰粒子是原始形状。Tsble L Frequency of occurrence 成 pristine ice particles in Arctic clouds

5、 (April 1998)TemperalureTotal cloud lengtii (km)Total number of particles 40呻Pristine ice 40gra (%)-45CTWC82084038 4-40C T 弓-30C1101268363.5;0肥 TS -河C1182200794.0-20CT-10uC11912857913-10C1） （图1a），厚片状（1 a/。 0.2）（图1b）以及片状（a/c0.2）（图1c）的平均比率 为100:12:8。尽管结霜的枝状和不规则形状的枝状在-15C温度条件下观察到的几率很高， 但是原始辐枝状发生的概率仍然很小

6、。Figure 丸 Examples of iiregularly shaped ice particles in clouds; (a) f疝战ted ioe particles; (b) facetted ice with some rounded parts; (c) non-fiamted (sublimating) ice particles. Particle numbers correspond to the following tempecature interval； NQ8J0Jltl6t23 from 35 to 2广C; bH.5,l4Ml,22 from -27C t

7、o -25QC; N246.795,20 from -24C to -22C; Nl238 from -】9也 to -16”C; 117,19 -l2ftC Cloud height ranged from 2700 m to 5900 hl而不规则形状的冰晶主要有两种类型，第一类是由生长在不同的方向（图2 a）的不同 冰晶特性（如片状，柱状）组合成的一小面晶体粒子。第二类是平滑曲侧边和边缘的冰粒子 （图2c）。这类粒子通常有土豆似的形状，显示了这些粒子是由凝华生成的（固态转变成 液态）（Orltay and Hallett,1989）（图2c）。在许多情况下，不规则粒子的特性处在第 一类和

8、第二类之间的中间态。观测表明，凝华冰可能占了一个重要的地位。Hobbs和Farber （1972）检查到在地面和飞机上收集到的成千上万的冰粒子，他们用复制器技术并总结了 50%是冰碎片，观测到研究中很少的非原始冰晶呈现出碎片状态。对颗粒大小和形状的分析表明，不规则形状的颗粒是在所有尺寸类别内均匀地分布的， 包括小颗粒。这个事实就有可能得出另一个结论，那就是在冰粒子从至少4050微米的增长 过程中，是保持不规则形状的。但是他们是从一个不规则粒子增长，还是开始于原始冰层， 然后在小于40微米的某个地方变得不规则，这是未来研究的一个问题。过饱和、有混合引 起的增长和升华的循环、小规模的垂直运动（101102）有可能是不规则结冰的一个机制。升华可能在分解中使冰晶表面出现许多不规则，来重新组合。在不规则增长的过程中，还有 可能在母体晶体的不同方向出现新的结晶方向。在大量的过冷水滴的蒸发中和那些单独或者 增生到现有的雪晶这些过程中也会导致多晶体。结论通过以上分析，作者得出结论，小冰晶在北极云中是罕见的。卷云的简单观测告诉我们， 光晕