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青藏高原南坡地形云中高过饱和度及其对云微物理的影响

水汽过饱和度；气溶胶吸湿性；气溶胶活化；地形云；青藏高原；微物理过程

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.13 云物理、气溶胶-云相互作用与极端降水事件

青藏高原作为“亚洲水塔”，其云微物理过程对区域水循环和气候至关重要，但原位观测的缺失制约了相关研究。为此，我们于2023年在青藏高原南部亚东地区开展了地基气溶胶-云-降水原位观测实验（GACPE-STP）。本研究分别采用（1）同时反向积分气溶胶谱和云滴谱直至二者相等得到临界直径，结合κ参数化计算有效过饱和度（SS_eff），以及（2）由CCN谱与云滴数浓度关系线性插值求解云内过饱和度（SS_CCN）两种方法，系统量化了地形云中水汽过饱和度（Supersaturation, SS）的特征及其对云滴活化的作用机制。结果表明，青藏高原南部地形云存在显著偏高的有效过饱和度，均值达0.36 %，范围为0.1~1.27 %，远高于雾和海洋云的典型值。通过κ-Köhler理论计算的气溶胶干临界直径（D_dc）表明，高SS环境下气溶胶的活化率显著增强，使得直径小于100 nm的Aitken模态粒子也有约25%的概率被激活，部分粒径低至50 nm的气溶胶可参与云滴形成，从而有效抵消了局地气溶胶的弱吸湿性（κ< 0.1）所导致的低活化能力。进一步分析显示，过饱和度升高会显著改变云微物理特征，使云滴数浓度、有效直径和液态水含量增加，云滴谱拓宽，云-雨自动转化速率提升67倍，云消光系数增加2.4倍，增强了云滴碰并-合并过程和云短波辐射冷却效应。本研究首次提供了青藏高原南部夏季高过饱和度的观测证据，揭示了高海拔地区气溶胶-过饱和度-云的相互作用机制，为理解高原地形云形成及区域气候效应提供了新视角，也为气候模式中高原云微物理过程的参数化提供了观测依据。