卫星观测研究气溶胶对中国降水垂直结构的影响

The aerosol indirect effect remains one of the largest uncertainties in climate prediction. Most previous studies focused on the two-dimensional features of cloud and precipitation. However, the aerosol can make impacts on the three dimensional structure of cloud and precipitation through multiple physical, chemical and cloud dynamic processes, and further alter the three dimensional structure of radiative and latent heating in the atmosphere.How to untangle the natural variability of cloud and precipittaion from the aerosol indirect effect is one of the most changelling tasks in atmospheric science.It is also the very urgent scientific question need to be answered for understanding the aerosol climate effects. This study plan to use multiple-platform ,multiple-sensor satellite observations, with the aid of coupled cloud resolving model and radiation transfer model to reveal the aerosol indirect effect in China and its surrounding area. Particularlly, we are focusing on 1) establishing a synergestic aerosol-cloud-precipitation dataset associated with typical weather and climate systems in China with the aerosol observations from MODIS and ground based measurements; cloud and precipittaion observations from TRMM and AQUA；2）developing an approach to separate and assess the aerosol indirect effect from the natrual variability of cloud and precipitation with cloud resoving modeling and satellite observations; 3) using the unique dataset and appoach to study the impacts of aerosols on the vertical structure, latent heating, radiative heating, and precipitation efficiency of multiple types of rains. The results from this study will enhance our understandings on the aerosol indirect effect significantly.

气溶胶间接效应仍是气候预测最大的不确定因素之一。以往研究多侧重于它对云和降水二维特征的影响，但气溶胶粒子是通过多种物化过程和云动力过程影响云和降水的三维结构，进而改变辐射和潜热等三维结构分布。如何区分云和降水的自然过程与气溶胶间接效应，是当今最具有挑战性的研究之一，也是研究气溶胶气候效应急需要解决的科学问题。本项目拟利用多源卫星搭载多仪器的综合探测结果，结合云-辐射传输耦合模式，来研究中国及周边地区气溶胶间接效应，具体研究如下：1）利用MODIS及地基气溶胶观测、TRMM和AQUA云和降水观测，构建与中国典型云和降水系统相应的气溶胶-云-降水综合数据集；2)通过云模式模拟和卫星观测分析，获得甄别、评估气溶胶间接效应和云、降水自然过程的方法；3）利用综合数据集和获得方法，研究气溶胶对不同类型降水垂直结构特征、潜热、辐射加热和降水效率的影响。上述研究结果将提升我们对气溶胶间接效应的认知。

气溶胶间接效应是气候预测最大的不确定因素之一。以往研究多侧重于它对云和降水二维特征的影响，但气溶胶粒子是通过多种物化过程和云动力过程影响云和降水的三维结构，进而改变辐射和潜热等三维结构分布。如何区分云和降水的自然过程与气溶胶间接效应 ，是当今最具有挑战性的研究之一，也是研究气溶胶气候效应急需要解决的科学问题。本项目利用多源卫星搭载的多仪器综合探测结果，结合云模式和辐射传输模式，主要研究了中国及参照区域气溶胶的类型、时空分布特点、及其影响不同类型云和降水的云顶、雨顶、降水垂直廓线结构、潜热廓线等的现象和机制进行了深入研究。.获得了如下重要结果：1）中国NO2的空间分布呈东北高-西南低态势, 极大值区位于京津冀及周边、江浙沪、川渝黔及珠三角。黑吉辽、晋鲁豫、川渝黔等城市化程度相对较低的区域, 气溶胶以硫酸盐型为主；京津冀、江浙沪、广东等现代化都市群附近,气溶胶以硫酸盐/硝酸盐混合型为主；2）冬春季，京津冀地区沙尘气溶胶作为有效地大气冰核，强化异质冻结过程，使冰云在较暖的温度下形成；显著影响该地区深对流系统的冰云云顶高度；3）沙尘气溶胶还可以影响深层云降水的雨顶高度和垂直结构，这种影响一般在降水廓线的第二、第三EOF模态可以体现；4）气溶胶浓度高时，暖云降水受到抑制，发生率减小、雨顶较低、地表降水率较小、雨滴随高度较小而增长的速率变慢；5）气溶胶对云和降水垂直结构的影响显著改变云中潜热的垂直分布。.以上结果已形成中国地区降水垂直结构-气溶胶-大气温度综合数据集一套；典型气溶胶-降水个例数据集若干。对这些数据的细致深入研究还可以进一步产生更多的科学发现，为提高云物理过程认识、改进云模式参数化，提高气象气候预测的精度具有较高的理论价值和实际意义。