近日，山东省人民政府人工影响天气办公室与浙江大学地球科学学院合作在Atmospheric Research期刊发表题为《The effect of continental aerosols on cloud-rain transition processes in winter based on aircraft observations》的最新研究成果。该团队利用机载云物理观测设备，结合大气单颗粒采样器，针对2022年11月12日一次降水过程进行飞机穿云观测，对采集到的污染气溶胶进行理化特性分析，评估了污染气溶胶带来的云滴谱离散度效应对间接辐射强迫的影响，同时发现碰并效应会影响气溶胶过程 (Aerosol Processing)进而加速云-气溶胶之间的相互转化。
气溶胶作为大气关键成分，对全球气候有显著影响，但其气候效应和降水影响机理仍存在高度不确定性。为减少气溶胶间接效应研究的不确定性，王烁等利用飞机观测资料分析山东一次层状云降水过程，利用机载采样设备获取气溶胶颗粒物的粒径、形貌、化学组分和混合状态等微观信息，分析大陆性高浓度气溶胶背景下云滴谱离散度与云滴数浓度的关系，结合多次穿云-出云过程总结云滴碰并增长的触发阈值及不同增长机制下云滴谱离散度与云滴数浓度间的关系，在限定背景环境下讨论间接效应的不确定性。
研究发现当气溶胶重复出现活化、凝结、碰并、蒸发过程时，退活化后形成的气溶胶粒径会增长，从而加速下一个活化生长过程(图1)。此外在云滴生长过程中，研究发现了清除效应(Scavenging)，被清除的气溶胶主要集中在0.15-0.3µm的范围内。本次过程气溶胶主要来自人为来源，飞机观测采样揭示了六种气溶胶颗粒：矿物、富硫、富钾、烟尘、飞灰和有机物(图2)，在该背景下云滴谱离散度先随云滴数浓度增加而减小，最终呈收敛趋势，受离散度效应影响气溶胶间接辐射强迫值提高了11%。
图1 云中心和云边缘云滴浓度、有效半径和气溶胶直径的变化， 虚线分隔云中心和云边缘
图2 采样气溶胶形态的特征。(a)至(c)揭示了六种气溶胶颗粒：矿物、富硫、富钾、烟尘、飞灰和有机物，(d)至(f)重点研究了颗粒的化学成分
该成果由山东省人民政府人工影响天气办公室王烁为第一作者、浙江大学“百人计划”研究员李卫军教授、中国计量大学徐亮副研究员及山西成功通用航空股份有限公司共同合作完成，研究工作得到中国气象局创新发展专项、华东区域气象科技协同创新基金联合资助。
文章引用：Wang, X. Zhang, D. Zhang, et al., The effect of continental aerosols on cloud-rain transition processes in winter based on aircraft observations, Atmospheric Research (2024), https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2024.107749
查阅网址：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169809524005313
