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高原山区与城镇水汽凝结质量容纳系数的差异及云微物理效应

凝结增长,质量容纳系数,云微物理效应

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.14 人工影响天气

气溶胶活化与凝结增长是气溶胶—云相互作用中的关键微物理过程，对云的形成、演变及其气候效应具有重要影响。环境空气中水汽分子向液滴内部的传输效率由质量容纳系数（αₘ）表征，其物理含义为水汽分子撞击液滴表面后成功进入液相的概率。αₘ 的取值会影响水汽凝结效率，从而调控云滴增长速率、环境过饱和度演变以及气溶胶活化过程。然而，已有的实验和理论研究对 αₘ 的估计差异较大，其数值范围可跨越数个数量级（约10⁻³–1），这一不确定性限制了对云滴凝结增长过程的准确描述，并增加了气溶胶—云相互作用评估的不确定性。

基于青藏高原南部山区站（珠峰站、亚东站）和高原东北边缘城市站（兰州站）的云凝结核计数器观测资料，结合液滴生长模型和绝热气块模型，本研究首先对青藏高原山区和城市不同环境条件下 αₘ 的数值特征进行了对比分析，发现亚东站点的αₘ 最大，兰州站次之，珠峰站最小。进一步利用机器学习方法分析 αₘ 与其它因子的关系，发现 αₘ 与气溶胶吸湿性参数呈正相关关系，与水汽过饱和度和温度呈负相关关系。最后，通过绝热气块模式模拟发现，不同 αₘ 条件下过饱和度、云滴数浓度及云滴谱结构等关键微物理量的演变存在显著差异。研究结果有助于深化对气溶胶活化与云滴凝结增长过程的认识，并为改进云微物理参数化提供参考，从而降低气溶胶—云相互作用评估的不确定性。