大气污染物对华北地区降水及云微物理过程影响的数值研究

Recently, with the development of industry and human life, the question of atmospheric pollutant is more and more clear. The atmospheric pollutant does not only threaten people’s health, but also affect the global climate. The atmospheric pollutant can act as aerosols, cloud concentration nucleation and then participate in the formation of cloud and precipitation. Now the interaction between aerosols and precipitation has been the hot point and frontier of the atmosphere sciences. Though there has been much research on the relationship between aerosol and precipitation, the exact conclusion has not been got for its complication. In this project the numerical modeling and sensitive tests will be used to understand the effects of atmospheric pollutant on precipitation and cloud microphysical processes in North China. Including with the change of type and concentration of atmospheric pollutant, how the cloud develop and evolve in the precipitation process, what is the effect on microphysical process, what is the precipitation mechanism and the comparision between summer and winter. This project will play a very important role in a better understanding of the formation of aerosol and precipitation. And it will also provide a scientific basis for the research on atmospheric pollution, cloud and precipitation physics and weather modification under pollution background.

近年来，随着工业的发展和人类生活水平的不断提高，大气污染问题日益严重。大气污染物不但会对人的身体健康造成威胁，同时还会对全球气候产生重大影响。各种大气污染物可以充当大气气溶胶，云凝结核，参与到云和降水的形成过程中。现如今，气溶胶与云和降水相互作用成为大气科学的热点和前沿问题。尽管有关于气溶胶和降水关系的研究已经很多，但是由于两者关系的复杂性，目前仍未得到确切的关系。本文主要利用中尺度数值模拟和敏感性数值试验的方法，研究大气污染物种类和浓度对华北地区云微物理过程和降水的影响。其中包括当排放源种类和浓度发生变化时，对华北地区冬、夏两季典型降水过程降水云的发展演变过程的影响、对降水微物理过程的影响、对降水形成机制的影响，同时对比冬、夏两季的异同。此项研究对于深入认识气溶胶和降水形成过程是非常重要的，为大气污染学、云降水物理学和污染背景下人工影响天气的研究提供了重要的科学依据。

随着工业的发展和人民生活水平的不断提高，大气污染问题日益严重。大气污染物对人的身体健康造成威胁，同时还会对全球气候产生重大影响。各种大气污染物可以充当大气气溶胶，进而形成云凝结核，参与到云和降水的形成过程中。尽管目前气溶胶和降水相关的研究已经很多，但是由于两者关系的复杂性，目前仍未得到确切的关系。本文主要利用中尺度大气化学模式和敏感性数值试验的方法，研究大气污染物对华北地区降水和云微物理过程的影响。其中包括当排放源种类和浓度发生变化时，对华北地区冬、夏两季典型降水过程中降水和微物理过程的影响。对于夏季个例：随着排放强度增加，气溶胶浓度增加，云凝结核数浓度增加，云滴粒子数浓度增加，导致云水混合比增加。由于云滴粒子增加，半径减小，云水与雨水的接触面积减小，碰并过程减弱，并且云水自动转化为雨水的效应减小，这样由于暖云过程产生雨水减小。由于在WRF-Chem中，气溶胶还无法成为冰核参与到冰相过程中去，冰晶和雪花没有明显变化。因此，气溶胶浓度的变化主要影响暖云过程及零度层附近的冰相过程。对于冬季个例：排放强度即气溶胶浓度改变时，云凝结核数浓度并没有发生明显的变化。这是因为冬季湿度比较低，大气中能够容纳的云凝结核很少，进而导致暖云过程在排放源发生变化的时候没有改变。随着排放源发生变化，各种水凝物粒子浓度没有明显的变化。此项研究对于深入认识气溶胶和降水形成过程是非常重要的，为大气污染学、云降水物理学和污染背景下人工影响天气的研究提供了重要的科学依据。气溶胶对降水的影响是非常复杂的，在不同的气象条件和气溶胶环境下是非线性的，不同的降水类型个例结果有所不同，敏感程度也有所不同。这里我们只对几次降水过程进行敏感性试验，并且时间都比较短，因此只能针对个例得出结论，今后还需要更多的工作来进行更为充分的论证。