设计气候模式中的冰晶核化参数化方案

The goal of this study is to enhance the model capability for studying aerosol indirect effects on cirrus clouds, we plan to present a comprehensive ice nucleation parameterization which considers the effects of pre-existing ice particles, particle sedimantation and subgrid variability.

本课题的研究目的是设计适用于气候模式的冰晶核化参数化方案，为更好地研究气溶胶对卷云的影响提供模式工具。此参数化方案必须能够较为合理地展现冰晶粒子重力沉降、已存在的冰晶粒子以及次网格扰动对冰晶核化过程的影响。

云对气溶胶的敏感性是模拟预估未来气候变化的重要因素。相对与暖云，目前对冰云中气溶胶间接效应的认识还处于起步阶段。我们利用自己构建的气块模型研究了表示冰晶数浓度对气溶胶数浓度的敏感程度的气溶胶敏感性(ηα)。模拟结果表明，在同质核化过程中，气溶胶粒子半径分布可以显著影响ηα。对单一半径的气溶胶，ηα接近与零。但是，若气溶胶粒子半径属于对数正态分布，在一些外界条件下，ηα显著增大。我们的研究结果解释了之前气块模型或气候模式模拟结果的差异。. 在气候模式中，为了更加合理的描述冰晶核化过程，需要考虑已经存在的冰晶对冰云中冰晶核化过程的影响。此外，考虑到云中的扰动，同质核化应该只是发生在冰云中的部分区域，而不是全部区域。在模式中考虑上述两个影响后，冰晶数浓度及其概率分布特征都与观测更加接近。已经存在的冰晶可以显著地影响冰云中冰晶数浓度，在中高纬对流层上部，同质核化发生概率显著减少，冰晶数浓度下降一个量级，异质核化的贡献率也随之显著增大。 . 冰晶核化是冰云形成的重要过程。这一过程中，同质核化和异质核化哪个为主，气候模式模拟结果与观测存在差异。利用观测的云内垂直扰动驱动冰晶核化气块模型，大量的集合实验的结果表明同质核化很少发生，与近期的观测结果一致。因此，气候模式中需要考虑云内垂直速度扰动。在改进后的气候模式中，同质核化发生概率下降到百分之几。但是，同质核化对云辐射强迫依然具有重要影响。同质核化的作用，在气候模式中不能忽略。