凝华核

能使水蒸气在其上凝华为冰晶的固体气溶胶粒子

凝华核是能使水蒸气在其上（尤其是在没有大体积液相存在的情况下）凝华为冰晶的固体气溶胶粒子。

背景

1911年，德国气象学家、地球物理学家阿尔弗雷德·魏格纳（Alfred Lothar Wegener）首次提出“升华”（sublimation）和“升华核”（sublimation nucleus）的气象学概念。魏格纳所说的“升华”和现在的气象学中的“凝华”是同一意思，同样地，他所说的“升华核”指的就是“凝华核”。“升华”和“升华核”在当时的气象学界得到了广泛使用，然而在物理学中，升华和凝华是完全相反的概念，所以“用升华表示凝华”这种做法也逐渐被气象学界抛弃，“升华核”这个名词也一样被抛弃了。如今，气象学界已经没有人使用“升华核”这个词了。

理论基础

理论上，在大气层中，冰晶的形成有三种过程：异质冻结（heterogeneous freezing）；自发冻结（spontaneous freezing），或叫均质冻结（homogeneous freezing）；异质凝华（heterogeneous deposition）。冻结是指大气中的小水滴转变为冰晶的过程；凝华则是在零摄氏度以下时，大气中的水蒸气不形成液态水而直接转变为冰晶的过程。自发凝华（spontaneous deposition），或叫均质凝华（homogeneous deposition），指的是大气中的水蒸气不借助任何粒子帮助的情况下凝华成冰晶。自然条件下，自发凝华不会出现在大气层中。而异质凝华指的就是在有凝华核的情况下，大气中的水蒸气聚集在凝华核上形成冰晶。理论上，异质凝华是可以出现在大气中的，但是一直没有实验证据支持这个理论。

决定异质凝华能否出现的主要因素有两个：气溶胶粒子的大小和晶体结构。开尔文效应（Kelvin effect）决定了这样一个事实：如果气溶胶粒子太小，那么粒子表面的曲率就会很大，那么水蒸气很难在其上凝结或凝华。能够成为凝结核或凝华核的粒子的半径通常在 0.1 μm 以上。而且，粒子的形状也会影响其凝结或凝华能力——凹面比凸面更容易凝结或凝华，在凸面中，曲率越小越容易凝结或凝华。气溶胶粒子的化学结构是另一个重要因素：粒子的晶格结构和冰的晶格结构越相似，这种粒子就越有可能成为凝华核。水蒸气能够在凝华核上凝华，依靠的是凝华核与水分子之间的静电吸引力。当气溶胶粒子的晶格排布和冰晶足够相似时，水分子才能依附于该粒子表面而形成冰晶。由于化学结构的限制，气溶胶粒子成为凝华核要比成为凝结核难得多。尽管大气中存在很多不同种类的气溶胶粒子，却只有一小部分能成为凝华核。

另外，通常在温度低于 -20 ℃ 时，凝华核才能充分发挥凝华能力。

种类

由来源分类，凝华核可分为人造类和天然类两类：人造的有家庭生活和工业生产中排放的颗粒物，天然的包括森林大火产生的灰烬、火山爆发时喷出的硫酸盐颗粒、海浪击打海水产生的盐雾、风吹沙漠扬起的细小矿物颗粒等等。

按成分分类，凝华核有大分子有机物（如油酸、十八烯）、炭黑、无机盐（如硫酸盐、碳酸钙、碘化镉）、细菌、花粉、真菌孢子等等。

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