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海洋边界层湍流对气溶胶输送及活化效率的影响研究

海洋云增亮、大涡模拟、拉格朗日轨迹追踪、湍流输送效率、云滴活化

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.23 对流多尺度相互作用的数值模拟与基础理论

海洋云增亮（Marine Cloud Brightening，MCB）指通过向海洋边界层注入海盐气溶胶，增加低云中的云滴数浓度，从而提高云反照率，反射更多太阳辐射以实现地球降温。然而，注入气溶胶在边界层中随湍流向上输送的效率及其在云底的活化比仍是评估MCB可行性最大的不确定性来源之一。本研究聚焦热带东南大西洋持久性层积云区域，采用大涡模拟，耦合FLEXPART拉格朗日粒子扩散模型，定量分析了从海面到云底的湍流气团输送效率、输送时间、云内驻留时长，以及对云滴活化的影响。结果表明，输送效率依赖于液态水路径（LWP）的演化阶段。在LWP快速增长阶段（24日00:00 UTC），最大到达率达3.33%/分钟，显著高于LWP最低值时刻（23日14:00 UTC）的2.54%，短时脉冲释放能产生快速的瞬时输送峰值。随着水平分辨率从900 m提高到100 m，海面湍流动能显著增强，垂直速度分布展宽并向负值方向移动，表明湍流下沉增强，因此累积输送比例下降（峰值时刻从94.16%降至79.70%），云内驻留时间也随之缩短，呈现出明显的“高分辨率、低输送率”现象。本研究定量刻画了海面-边界层湍流结构对MCB“输送-活化”链条的调控机制，为评估其技术可行性及不确定性提供了物理过程机制基础，并强调未来需开展LES尺度微物理耦合以进一步约束活化效率。