深对流云向平流层的水汽输送作用对大气气溶胶变化的响应

Sherwood（2002）提出了大气气溶胶产生间接气候效应的一种新的可能途径。他认为，对流层低层气溶胶粒子的增加将通过影响深对流云而使更多的水汽进入平流层，即大气气溶胶可以通过影响深对流云顶的冰相粒子尺度等云微物理特征以及升速等动力特征，影响其向下平流层的水分输送量，进而影响其对下平流层水汽含量的调节作用。但对此还缺乏定量研究。本项目拟把基于kapa寇拉方程的气溶胶-云滴数值关系的描述方案引入WRF中尺度数值模式中，选取中纬度和热带穿透式深对流云的典型个例，通过清洁和污染气溶胶谱条件下深对流云向平流层的水分输送量及作用的数值模拟结果的对比，以及通过云凝结核和冰核数浓度的连续改变进行数值模拟，试图回答人为增加大气气溶胶能改变深对流向平流层的水分输送量及作用的程度、其地区差异性、该输送量和作用对大气气溶胶变化的响应规律及机理。该项研究有助于证明这是否是大气气溶胶产生间接气候效应的一种新途径

Sherwood（2002）提出了大气气溶胶产生间接气候效应的一种新的可能途径。他认为，对流层低层气溶胶粒子的增加将通过影响深对流云而使更多的水汽进入平流层，即大气气溶胶可以通过影响深对流云顶的冰相粒子尺度等云微物理特征以及升速等动力特征，影响其向下平流层的水分输送量，进而影响其对下平流层水汽含量的调节作用。但对此还缺乏定量研究。. 本项目进行了基于kapa寇拉方程推算CCN数浓度的初步试验及对WRF模式中云微物理方案的发展。成功地模拟出中纬度和热带深对流云的穿透过程，并分析了水汽向LS（平流层下层）区域的输送过程、输送机理及对该区域湿度的影响。通过比较大陆污染和海洋清洁条件下发展起来的穿透性深对流云，以及通过云凝结核数浓度的连续改变，分析了深对流向平流层的水分输送作用对CCN数浓度变化的响应。模拟分析了过顶羽的形成机制。. 主要成果为：（1）对于本工作所模拟的中纬度穿透性深对流个例而言，在18.054 km高度处加湿超过10% 的空间范围能超过2.1个纬度、3.3个经度；（2）本工作对热带穿透性深对流个例的模拟结果表明，LS区域出现的冰晶不是局地生成的，而是深对流垂直输送产生的，LS区域的冰晶升华从而使该区域的水汽增加；（3）对两种气溶胶情况的模拟结果比较表明，在大陆污染和海洋清洁条件下发展起来的穿透性深对流云中LS区域的水汽混合比之差最大可达4.4ppbv。其机理为：相比于海洋性清洁气溶胶条件下，在大陆性污染气溶胶条件下的深对流云中由于更多的CCN数浓度，导致更多的云滴被抬升到均质冻结高度，从而冻结产生更多的冰相粒子，但这些粒子的尺度更小从而升华产生更多的水汽；（4）随着CCN数浓度的增加，平流层下层的最大冰晶混合比略微有增加的趋势；（5）人们发现过顶羽是对流云向平流层输送水汽的方式之一，通常出现在云顶塌陷后，但过去并不清楚塌陷和过顶羽出现之间的联系。本工作通过数值模拟研究首次指出，云顶塌陷时会形成云顶低压，如果加强则会产生辐合抬升及凝华潜热的释放，导致穿越等熵面向上的气流携带水汽和冰晶向上，最终脱离母体形成过顶羽。. 本工作中深对流向平流层的水分输送对大气气溶胶变化的响应研究，可以为证明这是否是大气气溶胶产生间接气候效应的一种新途径提供参考；本工作中关于过顶羽形成机制的研究结果揭示了云顶塌陷和过顶羽出现之间的联系。