气溶胶对地形降水形成和分布的影响机制研究

The pollution of atmospheric aerosol is getting worse in China with rapid economic development. Aerosols can act as cloud condensation nuclei (CCN) to affect cloud microphysics structure, thus modifying cloud and precipitation. Orographic precipitation is one of the major types of precipitation and closely related to human life. The effect of aerosols on convective cloud and precipitation has been studied extensively at present, and there is less study on the impact of aerosols on orographic cloud and precipitation. To describe cloud particles better, the Weather Research Forecast (WRF) mesoscale model coupled with a detailed bin microphysics scheme will be used to investigate the impact of aerosols serving as CCN on orographic cloud and precipitation. There will be a detailed analysis of the variations of cloud particle spectra, microphysical processes, latent heat, and precipitation to reveal the mechanism of aerosols effect on cloud microphysics structure and orographic precipitation formation. Based on above, the responses of the effect of aerosols on orographic cloud and precipitation to meteorological conditions (such as water vapor) and terrain factor will be investigated to discuss the interaction mechanism of aerosol-cloud-precipitation.

随着我国经济的迅速发展，大气气溶胶污染日趋严重。气溶胶可以作为云凝结核影响云微物理结构，进而影响云和降水。地形降水作为主要降水类型之一，与人类生活密切相关。目前，气溶胶影响对流云和降水的研究较多，但对地形云和降水影响的研究较少。为了更好地描述云粒子，本项目拟采用耦合了详细分档云微物理方案的中尺度WRF模式，研究大气气溶胶作为云凝结核对地形云和降水的影响，深入分析云粒子谱、相关微物理过程、潜热和降水的变化，揭示气溶胶对云微物理结构和地形降水形成的影响机制。在此基础上，研究气溶胶影响地形云和降水对气象条件（如水汽等）和地形因子的响应，进而探讨气溶胶-云-降水的相互作用机理。

工业化和城市化等人类活动造成气溶胶日益增加，气溶胶作为气候系统中不确定因素之一，可以作为云凝结核影响云和降水。地形降水又作为主要降水类型之一，与人类生活密切相关。为了进一步揭示气溶胶对地形降水影响机制，本项目利用耦合了详细分档微物理方案的中尺度天气模式，研究气溶胶作为云凝结核对地形降水及其相关微物理过程的影响，以及不同环境条件下云和降水的变化及其对气溶胶的响应，着重分析云中水成物粒子谱和地面降水分布的变化。结果表明：在污染背景下，产生更多小于30μm的小液滴，抑制碰并过程，促进淞附过程和贝吉隆过程，且冰相粒子的融化过程也增强，导致粒径大于100μm的液滴增多，尤其是粒径大于300μm，最后地面降水量增加；随着零度层高度的降低，气溶胶的增加对地面降水的增强幅度呈先增加后减弱。当降水粒子以液态形式为主时，冰相粒子的淞附增长逐渐增强，气溶胶引起的降水增幅也逐渐加大；当零度层高度进一步下降时，由于融化后的较大粒径液滴的碰并收集增长垂直距离缩短，气溶胶对降水的增幅则减弱；随着环境相对湿度的降低，云滴谱向小粒径端移动，与增加气溶胶浓度的作用相似，但随着水汽含量的减少，冰相粒子增长受限，最终导致地面降水明显减少；随着地形峰值高度增加，地形云组成由暖相转为混合相，气溶胶对地面降水的作用也由减少转为增加。当地形宽度变大后，延长液滴间碰并作用时间，减弱因气溶胶浓度增加所带来的抑制作用，但坡度变缓后，上升速度的减弱不利于融化后的大液滴碰并收集增长，减弱气溶胶对混合相地形降水的增强作用。本项目成果有助于深入了解人类活动排放的气溶胶对地形降水发生发展的影响，也有助于加深对全球气候变化的理解以及为人工影响天气作业提供参考。