有机气溶胶对云凝结核活化影响的模拟研究

Organic aerosols impact the climate indirectly by altering the activation of cloud condensation nuclei (CCN). We propose to use a sectional aerosol module coupled in a climate model to simulate the impact of organic aerosols on activation of CCN by taking into account the effects of hygroscopicity, surface-active material and kinetic limit on cloud formation. Based on the idea of Cloud Associated Parameterization Testbed (CAPT), we will constrain the aerosol activation parameterization with the observations of aerosol composition, hygroscopicity, and CCN activation during several recent field campaigns in China. We attempt to analyze the climate effect of organics through its impact on CCN activation.

有机气溶胶可以通过改变云凝结核的活化过程对气候产生间接效应。本项目拟在全球气候模式中采用分档气溶胶方法模拟有机物对云凝结核的影响，考虑有机物溶解性、表面活性物质、以及动力限制对云凝结核活化过程的影响。我们将基于云相关参数化试验（CAPT）理念, 结合近年中国地区气溶胶成分、吸湿性和云凝结核活化观测对模式参数化进行验证，评估有机物通过影响云凝结核活化的气候效应。

大气气溶胶通过反射太阳辐射和形成云部分抵消了温室气体的增温作用。有机物普遍地存在于气溶胶中，影响着云凝结核的活化过程，改变了云、降水和辐射强迫。然而，有机气溶胶的模拟存在较大偏差，对云凝结核活化过程的影响尚不明确，其气候效应存在不确定性。本项目旨在提高全球气候模式中有机气溶胶影响云凝结核活化过程的模拟，评估有机物通过改变暖云对气候造成的影响。本项目主要内容与结果分三个部分。第一、有机物气溶胶质量浓度的模拟。通过引入中国地区多尺度排放清单MEIC改善了全球气候模式中有机气溶胶的模拟结果，但与观测相比偏差依然较大，结果表明模拟误差是由排放源和大气物理化学过程两方面的不确定性造成的。第二、吸湿性和表面张力对活化率的影响。开展了华北地区云凝结核吸湿活化特性的观测和模拟研究，结果表明粒径谱、吸湿性和新粒子形成在不同情况下对云凝结核活化具不同程度的重要性，模拟活化过程必须考虑有机物的影响；通过粒径谱和吸湿性观测数据推导了超细粒子的表面张力，结果表明有机表面物质降低了表面张力，若不考虑该影响将导致云凝结核数浓度的低估。第三、气溶胶误差对云量模拟偏差的贡献。分析了CMIP5气候模式中气溶胶和云量的关系，结果表明在亚洲等地区气溶胶的模拟误差可能会导致较大的云量模拟偏差。本项目的科学意义在于改善了全球气候模式中有机气溶胶的模拟，增进了有机物对吸湿性和表面张力影响的理解，为有机物成分表面张力参数化提供了依据，为改进气候模式的云量模拟提供参考。