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气溶胶对海-陆强对流系统分布差异的作用机制

对流云,气溶胶,粗海盐,海洋性雷暴

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

强对流云作为强降水、雷暴等灾害天气的载体，在地-气水循环、能量循环发挥至关重要的作用。当前研究发现，陆地强降水、雷暴等灾害天气远多于海洋，但难以用海-陆气象因子差异进行解释。气溶胶能通过作为云的“种子”改变云微物理结构，从而调控强对流云及其伴生灾害天气分布。基于上述背景，本研究通过联合静止卫星、全球闪电定位网等观测，发展静止卫星对流云时空连续追踪方法，实现对流云演变全生命过程动态特征获取，进一步解析海洋、陆地气溶胶-对流云相互作用机制，量化两者相互作用其对灾害天气的影响。结果发现，陆地细气溶胶（如硫酸盐）首先通过抑制暖雨降水过程，从而激发强对流形成，这一激发作用能够形成区域气溶胶-强对流-水汽辐合正反馈，进一步促进强对流云发展。相比与洁净状态，陆地细气溶胶情况下强对流降水总量增多3-5倍，强对流持续时间、面积以及雷电频率同步增加。然而，粗海盐与陆地细气溶胶和对云特性、降水以及雷电，存在强度相当、但方向相反的影响。海洋上空丰富的粗海盐气溶胶通过促进大云滴粒子形成，增强云滴碰并效率，从而促使暖雨降水形成和发展。这一机制导致对流云中含水量在强雷暴形成之前被消耗，进而限制强对流雷暴的发展，最终导致雷暴发生概率减少达90%。上述发现，较好地解释了为什么在相同热力学和人为污染情况下，海洋上空强对流雷暴发生频率远低于陆地这一谜团。上述机制发现，有助于厘清气溶胶-云-降水相互作用及其气候影响，增强灾害性天气准确预警预报。