基于美国东海岸长期卫星观测的气溶胶的云生命周期效应研究

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:binhaiwz_2009
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气溶胶-云相互作用是人为辐射强迫估算中最大不确定性因子的来源。其中,很大程度上是来源于气溶胶的云生命周期效应,尤其是海洋上空的低云。造成以上不确定性的主要原因主要在于两个方面:首先,云凝结核(CCN,水蒸气凝结为液态时,作为凝结核心的气溶胶颗粒)难以直接观测,不同的CCN替代指标会显著影响云生命周期效应的强弱;其次,气溶胶和气象要素的改变都会影响云属性,因此难以将气溶胶的影响从气象要素中分离。长期卫星观测数据提供了探究气溶胶的云生命周期效应的良好机会。本文首次基于长期的(2003-2018)MODIS卫星观测资料和再分析数据,采用更为合理的CCN替代指标并结合统计模型分离气象要素的影响,探究美国东海岸地区气溶胶的云生命周期效应的强弱。利用回归模型,我们发现云滴数浓度、云几何厚度、静力稳定度和950百帕相对湿度这四个变量为美国东海岸地区主要的云量控制因子,这些因子解释了该地区低云云量绝大部分的变化。低云云量随着云滴数浓度、云几何厚度、静力稳定度和950百帕相对湿度的增加而增加。云量与相对湿度的关系受到云滴数浓度的调节。在较为清洁的环境中,降水概率随着湿度的增加而增加,此时云量几乎不随相对湿度的增加而变化。而在相对污染的环境中,云滴数浓度较大且云滴半径较小,此时降水被抑制,低云云量随着湿度的增加而显著增加。气溶胶减低导致的云量减少,被相对湿度增加而增加的云量抵消,最终导致美国东海岸地区低云云量无明显变化。美国东海岸地区的人为源排放显著降低,导致该地区的云滴数浓度显著减少。而该地区暖平流的增强使得海洋边界层下部逆温层增强,更强的逆温层将更多的水汽保持在边界层的下部,最终导致950百帕的相对湿度增加。云几何厚度和静力稳定度则无明显变化。基于统计模型,我们发现由于气溶胶和相对湿度对云量的影响相互抵消,导致在减排背景下的美国东海岸地区低云云量没有呈现出明显的变化趋势。基于长期卫星观测资料、再分析数据和回归模型,本研究发现了气溶胶对云量的影响显著。美国东海岸地区,当气象要素保持不变的情况下,~40%的云滴数浓度的降低,会引起云量下降~22%。将以上二者的变化转化为敏感度,我们发现云量对气溶胶的敏感度为0.55。我们基于长期卫星观测的研究结果表明,气溶胶的生生命周期效应显著。因此,基于观测数据研究低云云量反馈过程,需要考虑云滴数浓度的影响。
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