科普短文——云雾水采样器究竟是什么

2024-03-20

云雾是什么?

云是由于湍流运动而悬浮在接近地表大气中的大量水滴和冰晶的可见聚集,而沉积在地球表面的云就称之为雾,雾的水平能见度往往低于1000 m。云的粒径通常在20至100μm的范围内,在高云中,它们的直径可能高达200μm。

云雾对我们有什么影响?

在人类的生产活动和日常生活中,大部分经济财产损坏是由自然灾害造成的,干旱、洪水、风暴、冰雹及浓雾等是最常见的自然灾害。

浓雾不仅使航空、港口及公路交通受阻,还会传播微生物、悬浮颗粒物和气态污染物,严重危害着人类的呼吸系统健康。在某些情况下,浓雾造成的经济损失可以与龙卷风冬季风暴和飓风相媲美。

当然,雾水对人类也有益处:山谷的浓雾对经济作物有益,例如云南西双版纳橡胶树和庐山云雾茶的生长;降水较少的国家和地区,雾水也可以充当淡水资源,智利北部通过雾水收集点收集淡水作为家庭用水。然而,随着工业的发展和生产力水平的提高,陆路交通里程、机场和港运码头的急剧增加,工业发展排放的颗粒物和酸性物质使得雾的危害愈加严重,人们认识到空气污染会引起雾的酸化,加剧雾的危害性。因此,雾水化学研究开始进入到科研工作者的视野中。

云雾水收集器的早期研发

目前国内外的云雾水采样器原理大多源于国外早期的设计。从上世纪五六十年代开始,美国和欧洲科学家们开始进行云雾化学的研究,并设计开发了各种类型的云雾水采样器,至今已累计有三十多种构造,如下图所示:

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云雾水收集器的类型

一、从采集样品的云雾滴粒径分布上,云雾水采样器又可分为单级和多级两类。

二、从装载位置和用途上,云雾水采样器可分为机载和地基两大类型;

机载云雾水采样器采用撞击或旋风切割原理,用于飞机航行采样,采样量少、操作复杂、费用很高,一般很少用到;

地基云雾水采样器又分为主动式和被动式两类:被动式地基云雾水采样器无动力消耗,纯靠网孔和自然风捕集雾滴,最为简易和便宜,但所需采样时间长、效率低、易受污染等缺点明显,其主要用途为雾水资源利用;主动式雾水采样器是进行云雾化学研究最常用最便捷的仪器,具有采样量大、采样时长较短、便于使用维护等优点,原理是通过风机抽气将气团中的云雾滴主动截留到线绳上凝结增大,从而收集样品。

地基云雾水采样器有怎样的发展前景?

地基采样器的特点是搭建简单,采样成本低,可长周期、大规模采样。在不考虑采样成本及采样效率的情况下,机载和地基两种基本类型的采样器的主要区别在于云雾水采样时间:在地基采样器中,采样时间从30分钟到几天不等;在机载采样器中,采样时间从2分钟到25分钟不等。采样器采样时间与雾事件时间越匹配,样本就越能代表所采样云团的组成。根据不同的云团类型,云的寿命为15到120分钟;云团如果沉积在地球表面,雾事件的存留时间可能更长一些。机载采样器的时间跨度与雾事件的时间跨度匹配度更高,时间跨度的匹配是地基采样器未来的改进方向之一。