地学系王勇研究组发文揭示小雨对气溶胶长期湿清除的主导影响


清华新闻网1月20日电 气溶胶粒子能反射吸收太阳辐射,也能作为云凝结核和冰核改变云反照率和云生命周期。气溶胶粒子在大气中的浓度影响着地球辐射能量平衡和空气质量,进而对气候和环境产生重要影响。降水对气溶胶湿清除是大气中气溶胶主要的汇过程,尤其是对于小粒子的气溶胶颗粒。目前,全球气候模式被广泛用于研究气溶胶的气候和健康效应。但是,跟观测相比,它们都存在“小雨模拟过多大雨模拟太少”的普遍问题。降水强度谱对气溶胶浓度在全球尺度的影响至今仍然不清楚。

近日,清华大学地球系统科学系王勇研究组联合国内外多所研究机构在《自然-地球科学》(Nature Geoscience)合作发表题为“小雨对气溶胶浓度有与其强度不成比例的主导影响”(Disproportionate Control on Aerosol Burden by Light Rain)的研究论文。该论文揭示了改进对流参数化对降水强度谱以及气溶胶浓度有深远的影响,小雨对气溶胶浓度有与其强度不成比例的影响。通过在两个先进的全球气候模式(美国NCAR的CESM1.2.1模式和美国能源部的E3SMv1模式)中改进对流模拟,小雨(1到20毫米/天)过多的发生频率得到有效地降低(如图1),这使得气溶胶浓度全球性的增加,该现象在热带和副热带地区表现得尤为明显。在热带雨带,气溶胶光学厚度的增加可高达0.3。研究显示,虽然小雨本身强度不大,但由于其高频出现,依然会对气溶胶长期累积湿清除量作出主导贡献(如图2)。因此,减少小雨发生频率会导致气溶胶浓度大大增加。这些发现对理解降水对大气中气溶胶湿清除的本质、气溶胶-气候相互作用及其气候影响有重要的启示意义。

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图1. 改进降水强度频谱后(第一排)小雨(1到20毫米/天)发生频率和(第二排)气溶胶光学厚度变化

图2. 不同降水强度下(a)降水量和(b)气溶胶湿清除量分布。黑色和灰色线表示不同卫星观测、蓝线表示标准的CAM5气候模式模拟、红线表示改进降水频谱后的模式模拟。图(b)右上角数字为总清除量。

清华大学地球系统科学系王勇助理教授为论文第一作者,美国Scripps海洋研究所的张广俊教授为论文通讯作者,清华大学地球系统科学系博士生夏雯雯、美国Texas A&M University的刘小红教授、美国能源部Lawrence Livermore National Laboratory的谢邵成研究员等为论文合作作者。该研究得到了科技部重点研发项目和国家自然科学基金的支持。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41561-020-00675-z

供稿:地学系

编辑:刘庆辰

审核:李晨晖

2021年01月20日 12:13:43  清华新闻网

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