清華大學地學系彭怡然研究組揭示全球不同區域氣溶膠影響長波雲輻射強迫的具體機理

2021-02-15 清華大學地球系統科學系

氣溶膠-雲相互作用是氣候變化研究關注的重點問題。氣溶膠的變化可以通過改變地氣系統的輻射通量、大氣的熱動力狀況以及雲的微物理性質等影響冰雲的雲高、雲量和雲的生命時間。由於氣溶膠對冰雲的影響機理相對複雜，在氣候模式中估算由氣溶膠引起的長波雲輻射強迫的變化仍具有很大的不確定性。

清華大學地學系彭怡然副教授研究組針對目前僅有粗略估算而缺乏明確機理的氣溶膠長波雲輻射影響展開分析，通過全球氣候模式CAM5.3的一系列模擬試驗，解釋了東南亞和亞馬遜地區氣溶膠影響長波雲輻射強迫的不同主導機理。該研究成果以「氣候模式CAM5.3中東南亞和亞馬遜地區氣溶膠對長波雲輻射強迫的不同影響」（Contrasting aerosol effects on longwave cloud forcing in South East Asia and Amazon simulated with Community Atmosphere Model version 5.3）為題，近日發表於在地學領域具有高影響力的期刊《地球物理研究-大氣》《Journal of Geophysical Research-Atmosphere》上。

本研究在模擬試驗中使用雙向偏輻射擾動法，將氣溶膠對雲的複雜影響拆分成四個效應項，分別為RA（氣溶膠-輻射相互作用的快速調整過程）效應、CCN（雲凝結核）效應、IN（冰核）效應和剩餘效應。在氣溶膠影響長波雲輻射強迫的分解項中（如圖1），CCN效應和IN效應尤為顯著。研究發現，亞馬遜地區氣溶膠引起的長波冷卻主要由CCN效應主導，而東南亞地區氣溶膠引起的長波增暖主要由IN效應主導。

圖1 氣溶膠影響長波雲輻射強迫的全球分布及其分解項，包括（a）氣溶膠總效應、（b）RA效應、（c）IN效應；（d）CCN效應；（e）剩餘效應；（f）四種效應的累加。

其中，CCN效應主要體現為雲凝結核的增加，使得暖雲的反照率增強，引起地表冷卻，從而抑制了冰雲部分向上發展，體現為大氣層頂的長波冷卻（見圖2右）。IN效應主要體現為冰核數濃度增加引起冰晶粒徑減小，小冰晶粒子的下落速度變慢，使得冰雲可以維持在更高的高度，且冰雲的生命時間延長（見圖2）。該研究揭示了CAM5.3模式中氣溶膠影響長波雲輻射強迫在不同區域的具體機理，有助於更合理地評估氣溶膠的全球氣候影響。

圖2 東南亞和亞馬遜地區氣溶膠-雲相互作用的主導機理示意圖

 

清華大學地學系博士生王敏琦為論文的第一作者，地學系彭怡然副教授為論文通訊作者，美國布魯克海文國家實驗室劉延剛教授為論文合作者。該研究得到了國家科技部重點研發項目（No. 2017YFC1501404）、國家自然科學基金（No. 41605106和No. 41775137）以及美國能源部大氣系統研究計劃的支持。

 

全文連結：

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JD032380

供稿人：王敏琦

審核：武海平

編輯：王佳音

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