当一个雨滴穿过大气层下落，在到达地面之前，它可以将数十至数百个微小的气溶胶颗粒吸附在其表面上。雨滴和气溶胶吸引的过程是凝结，这是一种可以清除煤烟、硫酸盐和有机颗粒等空气污染物的自然现象。

美国麻省理工学院（MIT）的大气化学家现在已经确定雨水在清洁大气中是多么有效。给定一云层的海拔高度，其液滴的尺寸和直径，气溶胶浓度，该团队就可以预测雨滴将颗粒从大气中扫除的可能性。

研究人员在小组的麻省理工学院的收集效率室进行的实验-一个3英尺高的玻璃容器，产生以可控速率和大小下落的单滴雨水。当液滴在室内下降时，研究人员用泵送入气溶胶颗粒，并测定该小滴和气溶胶合并或凝固的速率。

根据测量结果，他们计算了雨的凝结效率-液滴在下落时吸引颗粒的能力。在一般情况下，他们发现液滴越小，它们就越有可能吸引颗粒。相对湿度低的环境下也对凝结有利。

麻省理工学院的大气化学副教授Dan Cziczo说，发表在大气化学与物理的新研究结果，代表了目前凝结的最精确值。他说，这些值可以通过外推预测降雨清除各种环境条件下的一系列颗粒的潜力。

“假如你是一个建模师，想弄清楚如何云如何在波士顿及一个更高高度的芝加哥清洁大气与一个比芝加哥这是在更高的高度的，我们希望你能够做到这一点，随着我们生产这种凝结效率的数字，”Cziczo如是说。 “这可以帮助解决如空气质量和人类健康，以及云对气候的影响等问题。”

该论文的共同作者是博士后Karin Ardon-Dryer和前博士后Yi-Wen Huang。

高估的雨

Cziczo的研究小组并不是第一个在实验室模拟雨水和气溶胶的相互作用的。在过去的十年里，其他人已经建立了复杂的腔体来跟踪凝结。但麻省理工学院的研究人员发现，这些事件是非常罕见的，而且很难挑出。科学家们已经知道，一个液滴的电荷对吸引颗粒起到很大的作用，所以Cziczo和他的同事们开始改变液滴和粒子的电荷来迫使凝结发生。

“作为科学家我们在这真正开始陷入困境，”Cziczo说到该领域。 “要真正得到工作的进展，人们正把它调整到一个不是大气相关的范畴范筹。”

因此，研究人员看到更多的凝结事件。然而，该结果是基于比大气中观察到的高得多的电荷。

“在某些情况下，我们看到人们使用10倍或100倍的电荷，这也许是你在有史以来最严重的雷暴中间才能看到的，”Cziczo说。

Cziczo说，实际上这些实验高估了雨水的清洗效果。

剥离液滴

为了得到更精确的凝结图象，Cziczo小组构建了新的具有单一液滴发生器腔室，其可通过校准产生特定尺寸、频率和电荷的单一液滴。通常情况下，微滴发生器赋予液滴过多的电荷。为了产生水滴在大气中实际携带的电荷，团队使用一个小的放射源来从每个液滴上剥去少量电荷。

然后该团队将已知大小的气溶胶粒子打入腔室的下部。当他们掉在地上，液滴蒸发，只留下盐，-如果发生凝结，还有气溶胶。然后残余的颗粒通过单一粒子质谱仪，判定其是否是盐吸引的气溶胶

研究者进行了多个实验，改变该室的相对湿度以及液滴尺寸和频率。他们计算出每种情况的凝结效率，发现更小的液滴更容易吸引气溶胶，尤其是在低的相对低的湿度的条件。

最终，Cziczo说，更好地了解微粒和液滴的相互作用将使科学家对气候变化的轨迹有一个清晰的概念：全球变暖预测的一个主要不确定因素是温室气体将如何影响云的形成。因为云在维持地球辐射预算中发挥重要作用-多少热量被捕获或逃逸-Cziczo说，了解大气中云中的水滴和颗粒之间的关系是有必要的。

新材料在线编译整理——翻译：王晶晶      校正：摩天轮