海盐气溶胶对台风降水和云微物理过程影响的数值模拟研究

Typhoons are an important severe weather system, which influences the coastal regions of China. Aerosols, activated as cloud condensation nuclei, can influence typhoon occurrence and development, track, intensity, and precipitation. Compared with other aerosols types, the hygroscopicity of sea salt aerosols is high. The winds associated with a typhoon can produce abundant sea salt aerosols from sea spray and roll these particles directly into the typhoon system. Generally, previous research has paid more attention to the influence of dust on typhoons; thus, it remains unclear how sea salt aerosols affect a typhoon’s cloud microphysical processes, structure, and precipitation. This proposal, using a numerical simulation method with a fully coupled mesoscale model, investigates the influence of sea salt aerosols on a typhoon’s track, intensity, structure, cloud microphysical processes, stratiform precipitation and convective precipitation. It also evaluates the mechanisms via which sea salt aerosols impact on typhoon microphysical processes. This proposal can provide a scientific foundation for improved forecasting of typhoon precipitation and mitigation of typhoon damage. It has high scientific significance and high potential for practical applications.

台风是影响我国尤其是沿海地区的重要灾害天气系统。气溶胶作为云凝结核可以影响台风的发生发展、路径、强度以及降水。与其他种类气溶胶相比，一方面海盐气溶胶粒子具有很强的吸湿性；另一方面海盐气溶胶来自海洋飞沫，台风所伴随的大风，会将大量的海盐气溶胶粒子直接卷入到台风系统中。前人的研究工作更多的是关注沙尘气溶胶对台风的影响。而海盐气溶胶作为大粒径高吸湿性云凝结核，其对台风的云微物理过程、结构以及降水的影响机制目前不是十分清楚。本项目将利用一个耦合大气化学模块的中尺度高分辨率模式来进行台风的数值模拟和敏感性试验，试图探讨海盐气溶胶对台风路径、强度、结构、云微物理过程、层状云降水和对流云降水的影响，并从云微物理角度揭示海盐气溶胶影响台风的机制，具有重要的科学意义。本项目可为提高台风预报准确率，降低台风灾害损失提供理论依据，具有潜在的应用价值。

气溶胶作为云凝结核，是影响台风成云降雨的重要因素。前人主要是关注人为气溶胶对台风的影响。海盐气溶胶来自海洋飞沫，可以从洋面直接进入台风系统。其粒子谱分布宽广。这些特点完全不同于人为气溶胶，因此海盐气溶胶对台风的影响值得我们深入研究。.本项目主要是利用WRF-Chem模式研究了海盐气溶胶对台风路径、降水、云微物理过程、热动力结构、台风上空下平流层水汽变化的影响。项目研究的主要结论如下：（1）海盐气溶胶对台风的路径、强度影响较小。（2）海盐气溶胶能够增强台风凝结潜热释放，即促进台风的对流活动。（3）海盐气溶胶能够增加台风降水、以及对流型降水。（4）海盐气溶胶能够促进云水自动碰并、云水被雨水收集等暖云微物理过程，即能够促进雨水的形成。（5）海盐气溶胶促进台风的对流活动，更多的水汽被输送到冻结层以上，从而引起凝华过程增加，云冰含量增加，消耗了水汽。因此更少的水汽被输送到下平流层，导致台风上空区域的下平流层变得更干。（6）利用卫星资料分析发现西北太平洋台风系统中大量水汽凝华成云冰，导致更少的水汽输送到下平流层区域，使得下平流层大气变干。这一结果也印证了第五点结论的推测。.人为气溶胶抑制台风暖雨过程，可能会激发台风螺旋雨带的对流活动。本项目研究结果显示海盐气溶胶的作用则与人为气溶胶不同，海盐气溶胶能够促进台风暖云过程，增强台风对流活动和降水。海盐气溶胶也能改变冰相微物理过程，使得更多水汽凝华成为云冰，减少了水汽输送到下平流层区域。另外，深对流系统对下平流层水汽影响如何尚有争论。台风作为重要的深对流系统，我们从观测事实揭示了台风会使得下平流层空气变干。虽然台风主要是由热动力机制驱动的，但我们不可以忽视海盐气溶胶的作用，海盐气溶胶对台风的云微物理过程、热动力结构、降水有重要影响，且其影响完全不同于人为气溶胶。本项目加深了人类对气溶胶效应的认识，具有重要的科学意义。