气溶胶-云相互作用对青藏高原能量收支和降水的影响

The Tibetan Plateau is located at the juncture of several important natural and anthropogenic aerosol sources. Recently, satellites have observed aerosols in the atmosphere over the TP. Research on the impact of aerosol on the energy budget, cloud properties and precipitation rate is a new challenging scientific problem. Combing the satellite data analysis with numerical simulation, this project will study the transportation process of aerosols over the Tibetan Plateau, estimate the influence of dust indirect, semi-direct effect on microphysics properties of cloud and precipitation, and reveal the mechanism of aerosol-cloud-radiation interaction. This project can improve the understanding to climate change of Tibetan Plateau.

受气候变化和环境退化的影响，青藏高原部分地区已成为新的沙尘源区，同时，青藏高原位于几个重要的自然和人为气溶胶源区交汇处，塔克拉玛干沙漠等邻近源区不断向青藏高原输送气溶胶粒子。由局地沙源产生和远距离输送至青藏高原的气溶胶粒子可通过其辐射效应影响高原的能量收支、云物理特性及降水效率，这是青藏高原气候变化及其对区域和全球气候、水循环影响研究中的新挑战。本项目拟将卫星遥感和数值模拟相结合，通过综合分析，探明青藏高原大气气溶胶的光学和辐射特性及源区和输送机制，揭示高原上空气溶胶对云滴数浓度、云滴大小及云水路径等微物理特性的影响，定量评估青藏高原气溶胶的直接、间接和半直接辐射效应。本项目的完成可以加深对青藏高原气候变化的理解。

青藏高原素有“亚洲水塔”之称，储存着丰富的淡水资源，是周边多条河流的发源地。夏季的青藏高原既是一个抬高的热源，也是一个中空湿岛。青藏高原毗邻多个气溶胶源区，卫星也频繁探测到高原上空的沙尘污染事件，以及沙尘和对流云的混合过程。研究发现，随着高原上空气溶胶光学厚度的增加，云粒子半径减小，云水路径增大，对流云寿命得以延长，使其垂直发展更旺盛。这些被沙尘污染的对流云可随西风气流进一步东移，并与局地对流云团合并，增强华北地区的强降水过程。青藏高原是大气水汽、云水及物质输送的重要“中转站”，其输送能力主要受大气环流的控制。在全球变暖背景下，夏季亚洲副热带西风急流中心呈现显著的北移趋势，导致亚洲副热带南部地区风速减弱，尤其青藏高原至华北地区风速的减弱最为显著。数值模拟结果表明，青藏高原向华北地区输送水汽的减少是导致华北局地云量减少和降水减少的主要原因，当青藏高原东边界水汽通量减少52.74%时，华北地区的云量减少8.9%，降水量减少12.69%。模式也证实，塔克拉玛干沙尘抬升至高原后可使高原对流云发展，移出高原后使得华北地区的强降水增强。基于上述研究，提出了青藏高原影响华北降水的新机制。当夏季副热带西风急流位置偏北时，高原上空西风减弱，自上游向华北地区输送的水汽、云水资源以及可作为大气冰核的沙尘粒子减少，导致华北地区夏季降水减少，干旱频发；相反，当副热带西风急流位置偏南时，华北地区夏季降水增加，干旱发生频次减少。