“武汉城市圈”气溶胶对降水宏微观特征时空变化的影响研究

Wuhan Urban Circle is one of the typical areas of the rapid development of urbanization progress in China. It is also the regional aerosol high-value gathering area in the middle reaches of the Yangtze River. Under the background of global warming and changes of area underlying surface , refinement evolution feature of aerosols and rainfall in Wuhan Urban Circle and the mechanism of interaction mechanism between the two are worthy of further study. Aerosols can impact on cloud and rainfall via direct, semi-direct and indirect effect. However, more and more scientists pay attention to this question, whether aerosols have a Suppression or promotion effect on precipitation ?Based on these, Wuhan Urban circle is chosen as the research area. The refinement tempo-spatial features of aerosols and rainfalls over Wuhan Urban Circle in recent decades will be deeply analyzed via remote sensing data like satellite and radar, etc and high density observation data from Automatic weather stations. Based on the observations of cloud radar and aerosol laser radar ,etc provided by the field observation experiment base of Wuhan Rainstorm Research Institute, the influence of aerosols on the macro-microscopic characteristics of different levels of precipitation was analyzed. what's more, based on the new generation air quality numerical forecast model, the numerical simulation of the interaction between aerosol and precipitation is carried out. The possible ways and physical and chemical mechanism of aerosol variation in Wuhan Urban Circle are discussed.

武汉城市圈是我国城市化进程快速发展的典型区域之一，也是长江中游区域气溶胶高值聚集区，在全球变暖与区域下垫面改变的背景下，武汉城市圈气溶胶与降水的精细化演变特征以及二者的相互作用机制值得深入研究。气溶胶能够通过直接、半直接以及间接效应对云、降水产生影响,但是气溶胶对降水的作用是促进还是抑制这一问题受到科学家们的广泛关注。基于此，本项目以武汉城市圈为研究区域，借助卫星、雷达等遥感数据以及高时空密度的自动站观测数据，分析近几十年武汉城市圈内气溶胶和降水的时空特征；依托武汉暴雨研究所外场观测试验基地提供的云雷达、气溶胶激光雷达等观测数据，深入分析武汉城市圈内气溶胶对不同量级降水宏微观特征的影响；在此基础上基于新一代空气质量数值预报模型，开展区域气溶胶与降水相互作用的数值模拟；试图揭示武汉城市圈内气溶胶变化对云-降水产生影响的可能途径和物理化学机理。

气溶胶通过各种效应对云、降水产生的影响是复杂的,也是最具争议的科学问题之一。本项目以武汉城市圈为研究区域,深入探索区域气溶胶与降水的精细化演变特征以及相互作用机制。. 首先利用多年气象观测数据和气溶胶探测数据进行统计分析，研究武汉城市圈内气溶胶和降水的精细化时空特。结果表明，除了污染物的日变化外，边界层的日变化在调节武汉市PM2.5浓度变化中也起重要作用，尤其是下午的边界层高度与每天的PM2.5污染水平显着反相关。利用客观环流分型法识别出武汉城市圈五种不同天气模式。其中以东北风为主的两种天气模式与严重污染有关。在东北风的驱动下，来自重度污染地区（例如华北平原和长江三角洲）的污染空气很容易被运送到武汉，加剧了武汉的污染。除了大范围的东北风外，相对较高的总云量和较低的边界层也有利于污染的发生。然后基于多次外场观测试验的多源数据集，其中包括飞机观测的气溶胶数据，分析武汉城市圈内气溶胶与降水的微物理特征。在此基础上开展区域气溶胶与降水相互作用的数值模拟。结果表明，随着气溶胶浓度增加，强降水面积和强度有先减小后增大的趋势，气溶胶间接效应使降水峰值时间滞后1小时左右，云和降水对气溶胶变化的响应具有饱和效应，同时气溶胶-云作用对降水抑制或促进的趋势与云水含量及其增长速率有关，同时还依赖于环境相对湿度。气溶胶-云相互作用对不同类型降水（对流云和层云）的影响不同，随着气溶胶的增加，层云区降水强度减小而对流区降水强度增强，导致对流性降水“区域集中化和强化”的效应，增加了局地短时强降水的概率。其原理是气溶胶增多导致对流区域潜热释放增强，对流区域上升速度增强，冰相粒子的增多。通过第二类条件不稳定机制造成梅雨锋强度略微增强。. 本项目主要讨论气溶胶对降水、云、热力、动力场的影响，揭示武汉城市圈内气溶胶变化对云-降水相互作用的可能途径和物理机制，有助于提高对城市圈内大气污染和异常降水发生和相互作用的认识，具有重要的科学意义。