畢凱 黃夢(mèng)宇 虎雅瓊

（1 中國氣象局華北云降水野外科學(xué)試驗(yàn)基地，北京 101200；2 云降水物理研究和云水資源開發(fā)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100089；3 北京市人工影響天氣中心，北京 100089）

0 引言

大氣冰核是指懸浮在大氣中，能使過飽和水汽凝華或者過冷水滴凍結(jié)形成初始冰晶的微粒。大氣冰核和云凝結(jié)核一樣，能夠通過促進(jìn)水的相變參與云的微物理過程[1]。冰核活化對(duì)過冷云和冰云的特征以及降水的形成有重要影響，它能促進(jìn)過冷云滴冰晶化，直接影響云中冰粒子的尺度和數(shù)濃度[2-3]，也間接影響到降水的形成和云的生命周期[4]，從而在水循環(huán)中有重要作用[5]，反過來也會(huì)影響大氣輻射傳輸和氣候變化[6-11]。有關(guān)大氣冰核一件很重要的事是，與云凝結(jié)核不同，即使在對(duì)流層大氣中，冰核的數(shù)量也是不足的，這就導(dǎo)致在冷云中會(huì)出現(xiàn)過冷水的現(xiàn)象，由此會(huì)造成飛機(jī)結(jié)冰和冰凍災(zāi)害等天氣現(xiàn)象。但過冷水存在的同時(shí)，也為人工增雨和人工防雹打開了一個(gè)窗口[12-13]。

混合云降水是影響我國北方地區(qū)降水的主要類別，混合相態(tài)云是過冷水和冰晶共存的云，占大氣中云的大部分。目前我們對(duì)這些云的微物理特征仍缺乏足夠的了解[14]，尤其對(duì)這些云中冰是如何形成的以及冰核在降雨降雪發(fā)展中的角色認(rèn)識(shí)較少。盡管我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在混合相云中，冰晶的初始形成需要冰核粒子，但冰核濃度、變化特征，以及它們的物理化學(xué)特性等很多問題都需要解決。氣候模式中對(duì)冰核的氣候效應(yīng)的估計(jì)更加困難，氣候模式甚至沒有能力去量化冰核氣溶膠的氣候效應(yīng)[15]。其中很重要的原因是缺乏區(qū)域代表性冰核特征的大量外場(chǎng)觀測(cè)及室內(nèi)試驗(yàn)研究，我們還沒有理解清楚冰核的特性以及冰核通過哪些物理機(jī)制影響冰晶的生成。

國外開始對(duì)大氣冰核的研究時(shí)間較早。早在20世紀(jì)初，有人就提出云中需要某些核，才能使云滴凍結(jié)或水汽凝華形成冰晶[16]。從20世紀(jì)40年代開始，國外學(xué)者嘗試設(shè)計(jì)了多種冰核觀測(cè)方法與設(shè)備。近一二十年來，冰核氣溶膠對(duì)云的影響在國際上受到了越來越多的重視，在外場(chǎng)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室中開展了大量的冰核觀測(cè)研究實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算研究，對(duì)冷云的研究也取得了很多進(jìn)展。與此對(duì)比，我國大氣冰核研究起步較晚，開展的研究工作也非常有限。為了進(jìn)一步拓展我國冰核研究領(lǐng)域，本文梳理了大氣冰核研究領(lǐng)域在冰核活化理論、冰核觀測(cè)方法、理化特征及參數(shù)化方面的主要進(jìn)展，并探討了該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和未來的發(fā)展方向，以推進(jìn)我國大氣冰核領(lǐng)域的研究工作。

1 大氣冰核的核化理論

冰核活化有兩種方式，一種是同質(zhì)核化，由液態(tài)水滴直接凍結(jié)形成，發(fā)生在?38 ℃以下且接近水面飽和的時(shí)候[17]；一種是異質(zhì)核化，在冰核上形成[18]，在相對(duì)濕度接近冰面飽和，溫度高于?38 ℃時(shí)發(fā)生[19-20]。

冰核氣溶膠的存在能夠大大提高云中的過冷成冰的溫度。到目前為止，人們對(duì)冰晶的異相核化過程還遠(yuǎn)沒有研究清楚?？茖W(xué)家們提出了冰核促進(jìn)冰晶生成的4種方式：凝華核華、接觸凍結(jié)、浸潤(rùn)凍結(jié)和凝結(jié)凍結(jié)[21]，圖1給出了不同核化機(jī)制的概念圖。每種機(jī)制下，冰核（圖中三角號(hào)）都是從置身于水汽的氣溶膠開始。凝華核華是由水汽凝華核化生成冰晶；接觸凍結(jié)核化是指冰核通過布朗運(yùn)動(dòng)與云滴接觸，使得云滴凍結(jié)生成冰晶；浸潤(rùn)凍結(jié)核化是指氣溶膠先在0 ℃以上的暖云中生成云滴，當(dāng)溫度降到0 ℃以下時(shí)，通過冰核浸入在云滴內(nèi)部的凍結(jié)方式而成冰；凝結(jié)凍結(jié)核化是指在溫度低于0 ℃的大氣中，水汽先在冰核氣溶膠上凝結(jié)成水滴，然后再凍結(jié)成為冰晶，稱為凝結(jié)凍結(jié)核化。其中浸潤(rùn)凍結(jié)被認(rèn)為是混合相態(tài)云中最主要的核化機(jī)制[22-23]。

圖1 冰核4種核化機(jī)制[24]Fig.1 Four types of INP nucleation mechanism

除了上述核化機(jī)制以外，科學(xué)家們通過實(shí)驗(yàn)室和外場(chǎng)的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了上述理論均無法解釋的現(xiàn)象，并提出了“蒸發(fā)凍結(jié)”的概念[25]。并通過實(shí)驗(yàn)室的研究對(duì)“蒸發(fā)凍結(jié)”的現(xiàn)象進(jìn)行了理論，提出了冰核從液滴內(nèi)部向外接觸液滴表面是導(dǎo)致蒸發(fā)凍結(jié)的原因（圖2），這個(gè)機(jī)制可以用來解釋山區(qū)地形云消散過程導(dǎo)致的高濃度冰晶粒子[26]。

圖2 接觸核化概念模型[26]（a）通常意義的接觸凍結(jié)核化，（b）冰核由內(nèi)向外核化Fig.2 The conceptual model of contact nucleation（a）the contact nucleation in the general sense,（b）the nucleation from inside to outside

2 大氣冰核的測(cè)量方法

從20世紀(jì)40年代起，科學(xué)家們開始探索大氣冰核的不同觀測(cè)方法，總體來看，可以分為在線測(cè)量和離線測(cè)量大類。在線測(cè)量主要有膨脹云室法、混合云室法、連續(xù)流量的熱力擴(kuò)散云室法等。離線測(cè)量主要通過把冰核氣溶膠采樣到濾膜或硅片，然后在實(shí)驗(yàn)室中通過配置氣溶膠懸濁液放置冷臺(tái)、擴(kuò)散云室中或電鏡下單顆粒觀測(cè)等。

2.1 在線測(cè)量法

Cwilong提出一種探測(cè)冰核生成冰晶閾值的靈敏方法，用膨脹云室測(cè)定室外空氣的冰核含量[27-28]。Schaefer改進(jìn)了這種方法，采用聚乙烯醇溶液的皂泡作為檢測(cè)器件，在冷云室中成功地檢測(cè)并計(jì)數(shù)了活化后的冰晶[29]。Bigg采用了類似的檢測(cè)方法，把外界環(huán)境空氣直接引入混合云室，通過計(jì)數(shù)落到糖液中的冰晶個(gè)數(shù)而得到冰核濃度[30-32]，該裝置稱為比格混合云室[33]，這種方法操作簡(jiǎn)便，造價(jià)低，但難以實(shí)現(xiàn)空中采樣，無法深入研究冰核。

目前，用于冰核研究的大型膨脹云室包括AIDA和MRI-DCECC[34-35]。首先在容器內(nèi)形成冰面過飽和條件，向云室中注入水汽，降壓使得氣溶膠降溫冷卻，即可測(cè)定不同溫度和過飽和條件下氣溶膠的成冰活性。

Rogers提出了連續(xù)流量擴(kuò)散云室（CFDC），詳細(xì)描述了CFDC的性能和使用方法[36-37]，在連續(xù)采樣氣流中，通過把環(huán)境大氣引入可控溫度和冰面過飽和度的云室環(huán)境中，來測(cè)量大氣冰核。后來DeMott對(duì)CFDC進(jìn)行了改進(jìn)，由于連續(xù)流量擴(kuò)散云室由于可以在線實(shí)時(shí)觀測(cè)，最大程度上排除了人為因素的干擾，并且可以改裝后進(jìn)行空中觀測(cè)，溫濕度可控，被廣泛應(yīng)用在國際知名大氣冰核觀測(cè)項(xiàng)目中[38-39]。CFDC類設(shè)備發(fā)展至今，外觀有了較大的變化，如ZINC、SPIN和PINC，將同心圓設(shè)計(jì)改成了垂直平行的平板設(shè)計(jì)[40-42]。為了使該類型冰核觀測(cè)設(shè)備用于野外無人值守觀測(cè)，北京市人工影響天氣辦公室的BJ-CFDC在CSU-CFDC的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)（圖3），主要對(duì)制冷系統(tǒng)、硬件控制系統(tǒng)和軟件進(jìn)行了改造，改進(jìn)后的軟件系統(tǒng)方便用戶編程，能夠自動(dòng)化控制云室，包括抽真空、漏氣測(cè)試、云室制冷、去離子水制冰、設(shè)置云室目標(biāo)溫濕度、開始采樣、切換溫濕度環(huán)境、融冰以及循環(huán)周期采樣等等[43]。

圖3 新型在線連續(xù)流量擴(kuò)散云室（a）及測(cè)量原理圖（b）[44]Fig.3 The new diffusion cloud chamber with online continuous flow (a) and the measurement schematic diagram (b)

2.2 離線測(cè)量法

離線測(cè)量法指的是在外場(chǎng)觀測(cè)時(shí)首先把氣溶膠采樣到濾膜或硅片等基質(zhì)上，然后在實(shí)驗(yàn)室的降溫裝置環(huán)境中模擬云中的溫度環(huán)境，通過觀察顆粒物凍結(jié)性能從而得到冰核濃度。

濾膜法，即在濾膜上采樣氣溶膠，然后放到靜態(tài)云室在不同溫度和水面過飽和條件下分析冰核特性[45-46]。濾膜法由于取樣方便，采樣與活化處理分開、易于保存、取樣地點(diǎn)不受限制等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在荒無人煙的外場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行冰核觀測(cè)[47]。后來學(xué)者們改進(jìn)了濾膜法，使用靜穩(wěn)氣流和控制濾膜濕度等動(dòng)態(tài)云室法，所測(cè)的冰核濃度比靜態(tài)法高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且在?16 ℃活化溫度下和?3%～+5%的相對(duì)水過飽和度在條件下與連續(xù)流量擴(kuò)散云室（CFDC）測(cè)量的結(jié)果幾乎一致，從而大大提高了冰核觀測(cè)可靠性[48-50]。

液滴凍結(jié)計(jì)數(shù)法是通過計(jì)數(shù)附著在自由降落的冷凍管上的過冷水凍滴的數(shù)量來測(cè)量冰核[51-52]。

2006年德國歌德大學(xué)研發(fā)了快速冰核計(jì)數(shù)器FINCH，可以實(shí)現(xiàn)云凝結(jié)核和冰核數(shù)濃度的在線測(cè)量[53]。2008年，Klein等研發(fā)了靜力真空水汽擴(kuò)散云室FEIDGE，能較高精度自動(dòng)測(cè)量分析凝結(jié)凍結(jié)和凝華核化機(jī)制下的大氣冰核濃度[54]。Wang等搭建了一臺(tái)可用于測(cè)定干顆粒凝華成冰過程的儀器，用來研究浸潤(rùn)核化模式下的冰核性能[55]。

近年來，液滴凍結(jié)方法被國外科學(xué)家們廣泛用來測(cè)量大氣冰核濃度，基于此原理進(jìn)行測(cè)定的儀器很多，如BINARY、NC State-CS、CSU-IS、KITINSEKT、CRAFT、PKU-INA、FINDA（圖4）等[56-62]。這類設(shè)備是把含有冰核氣溶膠的液滴置于冷臺(tái)裝置，通過精確控制冷臺(tái)的降溫率，并利用CCD對(duì)液滴凍結(jié)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別，通過凍結(jié)比率反演冰核的濃度[63]。

圖4 FINDA冰核測(cè)量裝置圖[62]Fig.4 The equipment drawing of INP measurement

除了群滴的統(tǒng)計(jì)法測(cè)定冰核濃度，科學(xué)家們還研制出了單顆粒法測(cè)定氣溶膠成冰性能。主要包括電動(dòng)平衡懸浮法、超聲懸浮法和單顆粒電鏡法[64-66]。通過對(duì)懸浮狀態(tài)的顆粒降溫測(cè)定從而獲得顆粒物的冰核特性。

目前，不同的設(shè)備各有優(yōu)缺點(diǎn)，加上冰核測(cè)量的不確定性很多，還沒有任何可用的設(shè)備能同時(shí)測(cè)量4種不同的冰核核化機(jī)制，也不能真實(shí)反映出自然大氣云中常見的緩慢冷卻和長(zhǎng)時(shí)間保持低的過飽和狀態(tài)。為了評(píng)估不同站點(diǎn)、不同采樣方法下真實(shí)大氣環(huán)境中不同設(shè)備的一致性，Demott在外場(chǎng)環(huán)境中對(duì)比了在線觀測(cè)設(shè)備CFDC和不同的離線觀測(cè)設(shè)備的CSU-IS、CRAFT和MOUDI-DFT協(xié)同觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在線法和離線法的結(jié)果有較好的一致性，在沙塵個(gè)例中離線法的結(jié)果高3倍左右，這與CFDC設(shè)備前段的2.5 μm切割頭有關(guān)。在不同的溫度段綜合應(yīng)用不用的測(cè)量設(shè)備具有較大的應(yīng)用潛力[67]。

3 冰核的理化性質(zhì)

經(jīng)過幾十年的實(shí)驗(yàn)室和外場(chǎng)大氣冰核觀測(cè)研究，學(xué)者們?nèi)〉昧艘恍氋F成果。國際上曾經(jīng)開展了大量的項(xiàng)目涉及冰核觀測(cè)研究，比較著名的有WS（Wintericing and Storm）項(xiàng)目、SUCCESS項(xiàng)目、INSPECT-II和德國的INUIT項(xiàng)目等[68-71]。

總體上冰核數(shù)濃度隨溫度降低呈指數(shù)增長(zhǎng)，但在特定溫度下，冰核數(shù)濃度的變化高達(dá)5個(gè)數(shù)量級(jí)（圖5）[72]。這與冰核的成分及不同的時(shí)空環(huán)境有關(guān)。

圖5 不同物質(zhì)種類的冰核濃度的溫度分布[72]Fig.5 Temperature distribution of INP concentration from different sustances

3.1 冰核的種類及尺度特征

學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)，部分礦塵氣溶膠能在高于?38℃活化，有效促進(jìn)冰晶的形成[73-75]。煤煙粒子、生物細(xì)菌，火山灰和海鹽都能作為大氣冰核[76-79]。有機(jī)顆粒和海洋性藻類也是重要的冰核氣溶膠源[75,80]。生物氣溶膠冰核比礦塵冰核活化溫度要高[81-83]。Cziczo等對(duì)卷云中冰粒子升華后的破碎冰晶進(jìn)行了成分觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)礦塵和金屬顆粒是破碎冰粒子主要的成分，另外還有硫化物和有機(jī)物[84]。塵土黑炭氣溶膠也可以作為冰核，但核化條件比礦塵和生物核更高[85-86]。2008年Klein等在歐洲山頂站測(cè)量了一次沙塵暴過程的冰核濃度。結(jié)果表明，冰核和沙塵相關(guān)性較好，尤其是與沙塵氣溶膠表面積濃度，提出該過程沙塵氣溶膠是主要的冰核來源[87]。二氧化硫和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）等二次氣溶膠前體物也能促進(jìn)冰的形成[88]。硫酸銨等可溶性物質(zhì)可作為浸潤(rùn)凍結(jié)核和凝華核[89-91]。含硫礦塵上形成的液滴，能在?10℃的條件下凍結(jié)，高于純硫酸鹽滴的活化溫度[92]。

學(xué)者們研究了氣溶膠和冰核的關(guān)系，得出尺度大的氣溶膠更易形成冰核，尤其是直徑大于0.5 μm的氣溶膠[93-94]。Santachiara等測(cè)量了不同粒徑下的細(xì)顆粒氣溶膠（PM1，PM2.5和PM10）和懸浮顆粒中的冰核，發(fā)現(xiàn)PM1貢獻(xiàn)50%，PM10貢獻(xiàn)70%～90%，表明冰核氣溶膠粒子的直徑在10 μm以下[95]。

3.2 冰核的濃度特征及影響因素

世界上不同地區(qū)冰核濃度的時(shí)空變化差異很大。20世紀(jì)60年代北半球中緯度地區(qū)冰核平均濃度范圍1.7～32 個(gè)/L。20世紀(jì)50—70年代大西洋、澳大利亞、撒丁島、夏威夷、北京等地冰核濃度1～9 個(gè)/L，不同地區(qū)差異不大[16]。近20年，世界各地冰核濃度差別較大，不同地區(qū)濃度差異達(dá)到了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這可能是工業(yè)化發(fā)展和人類活動(dòng)加劇的結(jié)果[96]。Belosi等系統(tǒng)地匯總了前人對(duì)南極冰核的觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)冰核濃度在南極不同的地區(qū)差異很大[97]。Ardon-Dryer等用擴(kuò)散云室研究了南極的浸潤(rùn)凍結(jié)核，發(fā)現(xiàn)凍結(jié)溫度區(qū)間為?27～?18 ℃，50%的液滴在?24℃下凍結(jié)，其中?23℃的冰核濃度為1 個(gè)/L[98]。Saxena等觀測(cè)到瑞典的冰核濃度在活化溫度?7～?5 ℃為0.03～10 個(gè)/L，冰核濃度與鋅、硅、鉀等成分的濃度一致性較好[99]。

從20世紀(jì)60年代開始，國內(nèi)先后在北京、吉林白城、西安和大連和蘭州、福建石塔山、南京和內(nèi)蒙古東勝、賀蘭山、黃土高原、甘肅瑪曲、青海、新疆、沈陽、撫順、南京、黃山等地采用比格混合云室法、濾膜采樣法等不同方法對(duì)大氣冰核濃度及其與氣象條件的關(guān)系開展了外場(chǎng)觀測(cè)，也在云室中對(duì)冰核活化進(jìn)行了研究，也進(jìn)行了模式研究[1,33,43,61,100-124]。李麗光等匯總了前人的大氣冰核研究結(jié)果，并對(duì)未來冰核研究提出展望[125]。國內(nèi)冰核研究初步結(jié)果表明，大氣冰核的變化具有明顯的區(qū)域特點(diǎn)，跟天氣條件密切相關(guān)[102]。游來光等使用比格混合云室在20世紀(jì)60年代和90年代觀測(cè)了北京地區(qū)的冰核濃度，對(duì)比發(fā)現(xiàn)冰核平均濃度增加了15倍，提出人類活動(dòng)和社會(huì)發(fā)展對(duì)冰核濃度的變化也可能有重要影響[1]。石塔山地區(qū)冰核具有明顯的日變化特點(diǎn)，早上比午后高[104]。青海河南縣冰核濃度隨溫度降低呈指數(shù)增長(zhǎng)，?20℃活化溫度下最大數(shù)濃度可達(dá)186 個(gè)/L[112]。牛生杰等使用濾膜法觀測(cè)了賀蘭山地區(qū)冰核濃度，發(fā)現(xiàn)冰核濃度在低云天氣下比晴空和高云下要低，并通過飛機(jī)采樣觀測(cè)了冰核濃度的垂直分布，發(fā)現(xiàn)冰核濃度隨高度增加呈減少的趨勢(shì)[107]。楊磊等使用中國氣象科學(xué)研究院楊紹忠改進(jìn)過的5 L比格混合云室和濾膜采樣法對(duì)南京地區(qū)冰核進(jìn)行了觀測(cè)，研究了濃度特征及其與氣溶膠粒子濃度的關(guān)系，得出活化溫度越低、濕度越大，冰核濃度越高，霧和降雨對(duì)冰核有明顯的沖刷作用，冰核濃度與不同來向氣團(tuán)的性質(zhì)有關(guān)，較大粒徑的氣溶膠表面積濃度與冰核濃度相關(guān)性更高，并給出了活化溫度和氣溶膠數(shù)濃度計(jì)算冰核濃度的經(jīng)驗(yàn)公式[118-119,126]。蘇航等利用自行搭建的大氣冰核高壓靜電采樣器和靜力真空水汽擴(kuò)散云室，研究了黃山地區(qū)的大氣冰核濃度及其與相關(guān)氣象要素的關(guān)系[120]。Jiang等用3個(gè)混合云室和一個(gè)靜力擴(kuò)散云室，測(cè)量了黃山不同高度的冰核特點(diǎn)，得出冰核濃度隨高度增加而減少，冰核濃度與氣團(tuán)來向有密切關(guān)系[121]。周德平等同樣利用楊紹忠研究員改進(jìn)過的5 L比格混合云室，以及濾膜采樣法研究了遼寧沈陽、撫順等地不同天氣條件下的大氣冰核，并利用飛機(jī)進(jìn)行了冰核的濾膜采樣，分析了冰核濃度的月變化、在不同霧霾天氣下的特征，初步給出了大氣冰核濃度的尺度分布及隨高度的變化[115-117]。北京城區(qū)重污染天氣對(duì)冰核的影響較小[61]；北京城區(qū)和山區(qū)的冰核差異較大，山區(qū)存在大量在?15 ℃下活化的冰核，沙塵比污染對(duì)冰核的貢獻(xiàn)大[33,43]。

4 冰核的參數(shù)化方案

在冰核參數(shù)化研究方面，學(xué)者們通過實(shí)驗(yàn)室研究和外場(chǎng)觀測(cè)，根據(jù)溫濕度、氣溶膠數(shù)濃度、尺度和化學(xué)成分等不同因素對(duì)冰核的參數(shù)化方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。得到了活化溫度與冰核濃度的關(guān)系，濕度與冰核濃度的關(guān)系，溫度、冰面過飽和度與冰核濃度三者的經(jīng)驗(yàn)公式，氣溶膠數(shù)濃度、溫度與冰核濃度的關(guān)系，氣溶膠成分、表面積與冰核濃度的參數(shù)化公式[94,127-131]（表1）。畢凱等對(duì)冰核的參數(shù)化方案進(jìn)行了匯總，并與華北地區(qū)本地化觀測(cè)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，獲得了基于觀測(cè)的我國華北地區(qū)大氣冰核譜參數(shù)化方案（表2）。

表1 大氣冰核溫度譜擬合參數(shù)NINP=A×e(?B×T)Table 1 The fitting to the data with the functional form NINP=A×e(?B×T)

表2 大氣冰核與溫度、氣溶膠濃度參數(shù)Table 2 The fitting to the data with the functional with T and aerosol

5 冰核當(dāng)前的研究熱點(diǎn)與展望

目前國際上大氣冰核研究的熱點(diǎn)主要集中在冰核對(duì)云和氣候的影響、大氣冰核顆粒的特征、冰核濃度與云中冰粒子濃度、冰核基礎(chǔ)理論、人類活動(dòng)對(duì)冰核的影響、人工冰核對(duì)天氣氣候的影響、全球大氣冰核觀測(cè)趨勢(shì)等方向。未來具有較大潛力的研究方向包括：冰核的核化機(jī)制、不同設(shè)備的協(xié)同匹配觀測(cè)、空中冰核的理化特征、冰核模式與觀測(cè)的協(xié)同配合、人工智能技術(shù)在冰核反演中的應(yīng)用。

由于不同設(shè)備的測(cè)量性能差異，如何在外場(chǎng)觀測(cè)中協(xié)同不同觀測(cè)手段研究大氣冰核具有很大的研究潛力。尤其是由于在線連續(xù)流量擴(kuò)散云室觀測(cè)手段成本高昂，如何開發(fā)利用較低成本的較高性能冰核觀測(cè)設(shè)備對(duì)于開展我國冰核研究具有重要的意義。目前國內(nèi)開展冰核研究的測(cè)量方式各不相同，不同觀測(cè)方式之間的測(cè)量結(jié)果差異需要開展協(xié)同對(duì)比觀測(cè)研究。尤其是傳統(tǒng)比格云室觀測(cè)法與當(dāng)前國際上主流的在線法和離線凍滴法等測(cè)量方法的偏差，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以拓展我國大氣冰核的長(zhǎng)時(shí)間序列研究結(jié)果及應(yīng)用。

目前冬季降雪中雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)是預(yù)報(bào)員面臨的一大難題，使用FINDA等離線凍結(jié)法測(cè)量降水（雨、雪、霧、雹）樣品中的冰核含量，可以獲得降水中冰核初始活化的溫度，對(duì)于預(yù)報(bào)云中降水物的相態(tài)演變層結(jié)有重要的指示意義，也在人工影響天氣效果評(píng)估中有重要的應(yīng)用前景。

在氣候研究中，開展氣溶膠?云相互作用研究是難點(diǎn)和熱點(diǎn)。它對(duì)預(yù)測(cè)氣候變化、以及改進(jìn)天氣預(yù)報(bào)模式和氣候模式中氣溶膠和云物理過程的參數(shù)化具有重要意義。目前的氣候模式中氣溶膠作為冰核對(duì)云的影響還遠(yuǎn)未研究清楚，對(duì)冰核的氣候效應(yīng)的估計(jì)更加困難，甚至沒有能力去量化冰核氣溶膠的氣候效應(yīng)[134]。亟待加強(qiáng)對(duì)冷云中冰核氣溶膠?云相互作用機(jī)制的研究，研究國內(nèi)不同季節(jié)、不同天氣條件下各類氣溶膠作為冰核的成冰能力，觀測(cè)冰核氣溶膠的濃度，分析各類冰核氣溶膠如何影響云的微物理特性和降水等過程。這些研究結(jié)果可揭示云中的冰核氣溶膠?云相互作用機(jī)制，并為冷云過程參數(shù)化提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)，以改進(jìn)氣候模式和天氣預(yù)報(bào)模式中對(duì)冰核氣溶膠?云相互作用過程的描述。