气溶胶影响混合相对流云降水的数值模拟研究

利用一种新的异质冰相核化参数化方案,研究了当气溶胶同时作为云凝结核和冰核时,在不同高度输送对混合相对流云和降水的影响。结果发现,对于本文研究的理想混合相对流云,气溶胶在边界层的输送导致液滴数浓度明显增加,有效半径减小,霰粒的生长受到抑制,引起霰粒质量浓度降低;而气溶胶在对流层中层4～6km输送时,导致冰晶和霰粒数浓度明显增加。由于较多的冰晶引起更加快速的贝吉隆过程,使霰粒的质量浓度增加;气溶胶在对流层中层2～4km高度输送时冰相形成作用相对较弱,并引起霰粒的数浓度略微增加,由于霰粒的有效半径减小导致其质量浓度下降。气溶胶在不同高度的输送都导致液态和固态降水率降低,随着背景气溶胶数浓度的增加,气溶胶在0～2km、2～4km以及4～6km的输送分别导致累积降水量减少28％～64％、4％～44％和3％～46％,并且对降水的抑制效应及所在高度不同引起的降水差异随着背景气溶胶数浓度的增加而减小。     

华北地区秋冬季气溶胶污染与不同类型降水的关系

气溶胶对降水的影响具有很大的不确定性,正确理解和认识气溶胶对不同类型降水的影响对提高天气预报的准确度和全球气候变化具有重要意义。利用GPM-DPR观测资料和MERRA-2再分析资料分析了气溶胶污染与华北地区2014—2020年秋、冬季对流云降水和层状云降水的关系。结果表明:与清洁状况相比,气溶胶污染状况下对流云降水的降水强度有所增强,雨顶高度更高。在污染状态下对流云降水具有粒径小但数浓度高的降水粒子,潜热加热率更高。气溶胶污染与层状云降水的降水强度、雨顶高度等宏观特征不存在明显相关。层状云降水相比对流云降水更容易受到大气水汽条件和垂直上升运动的影响。因此,在气象条件主导降水的情况下,气溶胶污染对华北地区层状云降水的影响很难通过GPM-DPR和MERRA-2数据观测到。      

气溶胶对陆生植物生长的影响研究进展

陆生植物生长过程受太阳辐射、热量、水分、土壤等多重因素的影响,气溶胶粒子通过对太阳辐射的散射和吸收,并作为云凝结核和冰核,改变云的物理特性及生命期对上述环境因子产生影响,进而影响植物的生长。气溶胶的直接影响主要表现为气溶胶覆盖植物叶片,影响植物的呼吸作用、气孔导度及对阳光的利用率等;间接影响主要表现在气溶胶可降低入射太阳辐射量并降低光合作用及净初级生产力,但同时又会增加散射辐射量,增加植物可利用光合有效辐射,产生相互矛盾的结果;气溶胶还通过影响降水和气温,进一步影响植物对光、水、热的利用等方面。气溶胶对植物的生长影响以间接影响为主,直接影响较少。其次,各种大气气溶胶对植物的伤害作用超过大气气溶胶对植物生长促进作用。在人为气溶胶中,硫酸盐、黑碳及粉尘对植物生长以抑制作用为主,而氮化物中氮沉降既可以促进植物生长,含氮气溶胶形成的酸雨及光化学烟雾又会抑制植物生长。自然气溶胶中,火山气溶胶对植物生长产生的影响差异较大,沙尘总体对植物产生不利影响,而生物气溶胶及宇宙尘埃的影响研究还较少。     

青藏高原地区气溶胶及其对降水影响的研究进展

青藏高原（简称高原）气溶胶主要来自周边地区的输送,近年来,随着人为污染加剧和气候条件变化,高原及周边地区气溶胶的特性和气候效应越来越受关注。而高原降水一直是高原气象与气候学的重点,气溶胶对高原降水的影响正逐渐成为研究热点。本文总结了高原气溶胶及其对降水影响的相关研究成果,从气溶胶特性观测（站点和卫星观测）研究、“气溶胶-辐射相互作用”、“气溶胶-云相互作用” 影响降水研究以及气溶胶影响降水中化学组分研究等方面进行了综述,并对未来研究方向进行了展望。     

硫酸盐气溶胶对全球水循环因子的影响

  利用卫星资料进一步检验了CAM3.0模式对云的模拟能力,该模式可以较好地再现全球云的分布和季节变化的主要特征。在硫循环过程与辐射和动力过程之间双向耦合的情况下,探讨了硫酸盐气溶胶直接气候效应对水循环过程的影响。模式较好地模拟了硫酸盐气溶胶的浓度和分布变化。硫酸盐气溶胶对水循环因子的影响在不同季节和区域是不同的,其中,北半球夏季的影响最大,这是因为北半球夏季硫酸盐浓度最高。纬向平均的云量、降水和水汽的变化形势大部分相似,存在比较密切的联系。     

污染气溶胶对“7.21”极端降水的影响

运用完全在线耦合气溶胶—云—降水相互作用的WRF-Chem模式研究了污染气溶胶在2012年"7.21"极端降水事件中的作用,结果表明:在耦合人为排放源的情况下,通过与多种观测资料对比发现,WRF-Chem能较好地模拟此次极端降水事件中气象要素和气溶胶的发展趋势;不同水平的污染气溶胶在此次极端降水事件有不同的作用,相对于无污染气溶胶排放的情况,低排放水平的污染气溶胶对降水有激发作用,使降水增强,高排放水平污染气溶胶使降水更加的集中到降水中心,200 mm以上的降水区域增加了7倍以上,污染气溶胶对此次极端暴雨事件的形成有着重要作用;加入人为气溶胶的排放后,凝结核的增多、更加充沛的水汽条件及额外的凝结潜热的释放,使对流增强,降水粒子的含量增加是导致大暴雨更加强烈的原因。     

不同吸湿性的气溶胶对云和降水影响研究进展

气溶胶、云、降水相互关系是现今大气科学的前沿领域。本文总体概括了气溶胶作为云凝结核和冰核,对云宏微观物理特性及降水的影响原理研究的主要成果。并根据气溶胶自身化学性质的吸湿性,从吸湿性气溶胶和非吸湿性气溶胶两方面,重点探讨了模拟研究中,硫酸盐、海盐、沙尘、黑碳气溶胶对于云和降水的影响,以及各类气溶胶与其它类型气溶胶相比,作用于云降水的不同方式。提出之前研究工作的不足,以期为今后该方向的研究提供一些思路。      

CAM3.0模式中黑碳及硫酸盐气溶胶浓度变化对东亚春季气候的影响研究

本文采用CAM3.0模式研究东亚地区各种气溶胶浓度增加后对于东亚春季各气候要素,尤其是对降水和春季风场的影响。在模式中通过分别对区域(20～50°N,100～150°E)内黑碳气溶胶浓度单独加倍、硫酸盐气溶胶浓度单独加倍、两种气溶胶浓度同时加倍的实验方法,探讨不同气溶胶浓度变化在东亚春季气候变化中的具体作用。结果表明:在春季,3种气溶胶浓度增加方式都使得东亚地区表现出降水中南部减少北部增加,低层大气西南风异常以及地面温度南部增加北部减少。通过对110～120°E的断面分析发现,硫酸盐与黑碳气溶胶在春季首先影响约800 hPa以上大气的温度并通过不同的动力机制影响东亚地区的风场,风场的改变进而导致了云量和降水在东亚北方地区增多而中南部地区减少,并最终使得地面温度表现出东亚中南部地区增温而北方地区相对降温的特征。     

气溶胶对北京地区不同类型云降水影响的数值模拟

利用耦合Milbrandt双参数显式云方案的WRF模式,在大陆型和海洋型气溶胶浓度背景下,对北京地区暴雨、中雨和微量降水等3次云降水过程进行了数值模拟研究。结果表明,气溶胶的增加对北京地区云降水有多方面的影响：（1）影响地面降水量。随着气溶胶浓度的增加,北京地区的暴雨、中雨和微量降水平均累计降水量分别减少了23.8%,...     

降水过程中气象条件对郑州市区气溶胶浓度的影响

利用郑州大气成分站的气溶胶浓度资料和气象资料,对郑州市区PM10、PM2.5、PM1浓度的日变化和月变化特征进行了分析,并对气温、降水、风速、气压等气象要素在降水过程中与气溶胶浓度的关系进行相关分析,结果表明,气溶胶浓度与气压呈正相关,与气温、降水量、风速等气象要素呈明显负相关,且随季节变化有所差异。     

气溶胶对云宏微观特性和降水影响的研究进展

气溶胶—云—降水相互作用是当今大气科学研究的热点和前沿问题.概述性地回顾了气溶胶对云宏微观特性和降水影响的研究进展,分别讨论了气溶胶对层状云、对流云等典型云系的动力和微物理过程的影响,总结了国内外研究关于气溶胶对云宏微观特性影响的可能的物理解释.回顾外场观测及数值研究表明,气溶胶对云液态水含量、地面降水及光学厚度的影响...     

降水过程中气象条件对郑州市区气溶胶浓度的影响

利用郑州大气成分站的气溶胶浓度资料和气象资料,对郑州市区PM10、PM2.5、PM1浓度的日变化和月变化特征进行了分析,并对气温、降水、风速、气压等气象要素在降水过程中与气溶胶浓度的关系进行相关分析,结果表明,气溶胶浓度与气压呈正相关,与气温、降水量、风速等气象要素呈明显负相关,且随季节变化有所差异。     

CAM30模式中黑碳及硫酸盐气溶胶浓度变化 对东亚春季气候的影响研究

本文采用CAM30 模式研究东亚地区各种气溶胶浓度增加后对于东亚春季各气候要素,尤其是对降水和春季风场的影响。在模式中通过分别对区域（20～50 °N,100～150 °E）内黑碳气溶胶浓度单独加倍、硫酸盐气溶胶浓度单独加倍、两种气溶胶浓度同时加倍的实验方法,探讨不同气溶胶浓度变化在东亚春季气候变化中的具体作用。结果表明：在春季,3种气溶胶浓度增加方式都使得东亚地区表现出降水中南部减少北部增加,低层大气西南风异常以及地面温度南部增加北部减少。通过对110～120 °E的断面分析发现,硫酸盐与黑碳气溶胶在春季首先影响约800 hPa以上大气的温度并通过不同的动力机制影响东亚地区的风场,风场的改变进而导致了云量和降水在东亚北方地区增多而中南部地区减少,并最终使得地面温度表现出东亚中南部地区增温而北方地区相对降温的特征。     

气溶胶对秦岭山脉地形云降水的影响

以华山站为影响站,其周围华阴、渭南、西安为对比站,通过对影响站与对比站降水之比--地形强化因子(Ro)的变化趋势以及Ro与能见度变化关系的分析,研究了气溶胶对秦岭地形云降水的影响.结果表明:有观测以来Ro逐年递减,1980年后Ro递减更快,减幅达20%;Ro的减小趋势与能见度递减、气溶胶递增相吻合,说明气溶胶的增加抑制了地形云降水;华山1980年后的年平均雨量比1980年前减少了15%,达132mm,而平原地区的减少量不超过3%(16mm).分析气溶胶抑制地形云降水的物理过程发现,Ro的递减主要是减少了中小雨(日雨量小于30mm)的天数,而对大于30mm的降水影响较小,说明气溶胶对浅薄的生命期较短的地形云降水的抑制作用更明显;在以动力强迫抬升为主的春秋季,气溶胶对地形云降水的抑制作用明显强于平原地区,1980--2004年间降水减少了20%～30%;在热力作用下,气溶胶对地形云降水的抑制作用与平原地区相当.     

气溶胶直接效应对一次降水影响的机理分析

利用完全在线耦合气溶胶-辐射-云-降水相互作用的WRF-Chem模式研究了气溶胶直接效应对2012年7月21日一次暴雨的影响。结果表明,WRF-Chem模式较好模拟了此次降水过程中气象场和化学场的变化;模式基本模拟出此次降水的发展过程和总降水量的空间分布特征,气溶胶直接效应不会改变整体降水强度和区域总降水量,但会改变区域内的降水分布形态。在污染地区吸收性气溶胶对太阳短波辐射的吸收使大气中层加热,增强了相应大气层之间的不稳定性,使垂直运动更加强盛,由此霰和雨水对云水的收集增强,可降水粒子增加,降水增强;相反,在污染地区的下风向动力过程则相对减弱,降水减少。气溶胶直接效应通过影响动力过程和微物理过程改变降水的分布      

黑碳气溶胶直接辐射强迫及其对中国夏季降水影响的模拟研究

利用NCAR的全球大气模式CAM3分析了黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布及其季节变化,重点讨论了云对黑碳气溶胶直接辐射强迫的影响,以及黑碳气溶胶对中国夏季降水的影响。结果表明：黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布范围和强度都具有明显的季节变化。有云条件下,黑碳气溶胶在大气顶产生正的直接辐射强迫,全球年平均强迫值为＋0.33 W·m－2;在地表产生负的直接辐射强迫,全球年平均强迫值为－0.56 W·m－2。晴空条件下,黑碳气溶胶在大气顶和地表的全球年平均辐射强迫值分别为＋0.21 和－0.71 W·m－2。云的存在对黑碳气溶胶的辐射强迫产生了很大的影响,使大气顶的正辐射强迫增加,地表的负辐射强迫减小。黑碳气溶胶导致夏季中国北方30°N～45°N之间区域降水明显增加;而中国长江以南地区除了海南和广西的部分城市外,降水明显减少。模拟结果表明,中国夏季近50年来经常发生的南涝北旱并非由黑碳气溶胶引起。     

气溶胶对北京中尺度对流系统影响的数值试验

利用可分辨云模式(WRF),模拟研究了不同气溶胶浓度对北京地区2001年8月23日一次产生强降水和冰雹的对流天气的影响。结果表明,气溶胶浓度的增加不利于对流云的发展,导致地面降水减小,但是对降水结构没有明显影响。气溶胶浓度增加导致云中水成物数浓度和质量浓度均发生变化,其中云水、冰晶和雪含量增加,而雨水、霰和雹含量减小。从云微物理学分析发现,气溶胶浓度减小有利于高层云的形成,云滴有效半径随着气溶胶浓度增加而减小。     

气溶胶浓度影响暖雨过程的数值模拟试验

本试验利用ＲＡＭＳ非静力平均模式对１９９５年８月上旬南京地区一次雷阵雨过程进行了不同气溶胶浓度背景下的模拟。初步表明，活化云凝结核浓度增加，可以延缓暖雨过程，减少降水量约２０－３０％，同时，云更持久维持。     

不同浓度污染气溶胶对一次暴雨的影响

本文应用WRF-Chem模式耦合人为排放源,模拟了2011年8月13日的一次强降水过程,研究了正常（试验Norm）和两种极端情况（试验High和试验Low）下3种排放强度的人为污染气溶胶对微物理过程和降水的影响。结果表明:不同排放强度下降水开始的时间没有变化,低排放情况下降水区域未发生变化,暴雨前期试验Low的降水增强,后期减弱,降水中心强度减弱,周边降水增强,降水分散;高排放情况下降水区域明显减小,降水强度和各个量级的降水区域都减少。雨水和霰含量的变化是导致降水发生变化的原因,不同强度的污染气溶胶通过影响微物理过程影响大气的热力和动力过程,大气动力过程的变化反过来又通过微物理过程影响降水粒子的增长,从而影响地面降水。影响机理可概括为:当污染气溶胶的排放浓度增强,水汽凝结和冰晶凝华增长过程的减弱导致微物理过程的大气加热减弱,可用于发展对流的能量减少,上升运动减弱,对流强度的减弱抑制了了雨水和霰收集云水的增长,导致了可降水粒子含量的减少,降水减弱。