近五十年我国小雨减少原因的深入分析和模拟研究

Light rain can purge aerosol pollution, and it also takes bigger ratio in precipitation frequency. It is reported that light rain has decrease trend in recent years, but the reasons and physical mechanism of light rain reduction are not revealed clearly. The potential reasons inducing the reduction of light rain in China in recent 50 years mainly include: global warming, change of water vapor, and aerosol. In current, the papers of analyses exceed the reason exploration in the research field of light rain reduction, and the characteristics of annual and decadal change of light rain reduction need further research. In addition, the regional differences of light rain reduction, warming, and water vapor, as well as their variation with time, are not revealed clearly. The above-mentioned reasons give evidence to further reason on the issue. The view of aerosol's effects to light rain reduction has support from indirect effects, but lack of verification frm long-term aerosol data and ideal simulation. It is distinct that the relative importance of the three potential reasons is not clear. In the project, the ensemble empirical mode decomposition (EEMD) method will be used to reveal the annual and decadal features of light rain, warming, and vapor, to explore their potential relations; the visibility on dry and sunny days will be used to analyze with light rain by EEMD, which can remedy the deficiency of lack long-term aerosol data; the WRF-CHEM model will be applied to simulate the effects of aerosol to cloud and precipitation under considering the direct and indirect effects and both natural and anthropogenic emissions. Based on the data analysis and model simulations, the relative importance and regional characteristics of warming, vapor, and aerosol can be revealed in much further deep.

小雨对降水频次和清除气溶胶污染都有重要贡献，有研究发现我国近几十年来小雨有减少趋势，但具体原因还未揭示清楚。从物理观点看小雨减少的可能原因有：增暖、水汽含量变化、气溶胶。目前对小雨变化、增暖、水汽含量变化的区域分异特征及其年际、年代际演变研究不足，因而导致小雨减少与增暖、水汽含量的关系还不够清楚；气溶胶影响小雨的观点虽有间接效应的物理依据支撑，但欠缺长序列气溶胶资料用于分析及较真实条件下的数值模拟结果支撑。故目前难以了解各可能因素对小雨减少的相对贡献。项目拟用较新的集合经验模分解方法(EEMD)分析比较小雨、气温、水汽含量的年际、年代际特征并用聚类分析比较其空间分布特征；拟利用50年的干燥晴天能见度作为气溶胶光学厚度的替代，与小雨资料联合分析，弥补现有研究缺少长序列气溶胶资料的不足；进而利用WRF-CHEM模式模拟以上原因导致小雨减少的机制并比较相对重要性，以深入认识小雨减少现象及物理机制

根据项目书计划，国家自然科学基金项目：我国近五十年小雨减少原因的深入分析和模拟研究(41275162)已顺利完成。项目执行过程中，共发表署课题资助的研究论文17篇，其中14篇SCI论文，3篇中文核心论文，培养了气象学、大气物理学与大气环境专业的硕士研究生共10人，有十余名本科生在项目资助下完成毕业论文。此外，项目执行过程中获得的主要结论包括：（1）1979-2009年间中国东部地区小雨量和小雨日均呈显著减少趋势，趋势系数分别为-4.89 mm/10yr和-2.48 d/10yr，减少主要集中在1989年前和1994年之后，并且小雨的变化具有显著的区域性差异。（2）中国东部地区夏半年小雨减少由小雨日减少导致，并且这种减少主要由多云天小雨减少引起。小雨减少与低空温度上升，水汽减少，相对湿度减少有关。温度和比湿通过改变相对湿度影响小雨。低空温度上升对小雨的影响比水汽更明显，认为是小雨减少的主要原因之一；而在多云天条件下，北方小雨的减少由水汽减少导致，南方小雨减少则由增暖和水汽减少共同影响。（3）利用多元非线性回归方法订正了传统能见度反演气溶胶光学厚度反演方案中的参数。利用订正后的参数反演了1960-2009年中国地区逐月气溶胶光学厚度，分析了我国气溶胶光学厚度时空分布与季节特征，气溶胶与小雨之间的相互关系，结果表明：近50年夏季气溶胶光学厚度最高，全国平均AOD极大值为0.34-0.36之间，春秋两季次之，最低的是冬季全国平均AOD极小值为0.2-0.22之间。春秋两季气溶胶光学厚度空间分布相似，大值区出现在四川盆地、长江中下游、两广地区以及新疆南部。（4）东部地区MODIS云滴有效半径在长江中下游及其以南呈显著减小趋势，而低云云量却呈增加趋势，说明东部地区小雨还会受到气溶胶间接效应影响。通过对对流层低层大气温度与AOD的合成分析发现气溶胶引起了对流层低层大气的增温同时导致了CAPE的减小，说明气溶胶能够通过半直接接效应增加大气稳定度从而抑制小雨降水。