中国北方沙尘气溶胶对云与降水影响的数值模拟研究.pdfVIP

中国北方沙尘气溶胶对云和降水影响的数值模拟研究① 康凤琴 (甘肃省气象局人工影响天气办公室，兰州730020) 摘要：已有的研究表明中国北方于旱半干旱地区是对流层沙尘气溶胶的主要来源之一，对当地乃至全球 气候都有重要的意义。本文采用数值模拟研究方法探讨了不同于燥程度的大气背景环境下，沙尘气溶胶数 浓度对混合云形成和发展的可能影响，并采用析因试验讨论了主次影响因素。结果表明：沙尘气溶胶的增加 导致降水减少、抑制了冰雹的产生、延长了云在空中存在的时间，改变了云的空间结构和微观结构。这将对大 气能量的辐射平衡有重要影响。析因分析表明干旱半干旱气候背景条件下，混合云的累计降水量对沙尘气 溶胶数浓度变化的敏感性要高于大气环境湿度的变化；沙尘气溶胶数浓度增加将减少累计降水量；大气环境 湿度增加使云累计降水量增加。研究结果可以用于解释西北干旱半干旱地区干旱时段降雹日数下降的气候 观测事实。 关键词：中国北方l沙尘气溶跤；云和降水；数值模拟研究；析医分析 引言 越来越多的研究证明气溶胶对气候变化影响的总效果导致了大气降温。大气气溶胶粒子通过散射 和吸收来自太阳与地球的辐射直接参与地球大气的能量平衡以外，还通过改变云的微物理过程间接地 影响地球大气的能量平衡，进而改变大气水份循环的效率。当人们在播撒了干冰的云中过冷水层中观 测到了降雪并形成云中空洞的时候，确信了人工播云的实际效果，人们便开始主动的进行人工影响大气 降水，在世界各地产生出一系列增雨和防雹的试验计划；大范围的卫星观测资料直接证明了城市和工业 区的空气污染大面积的抑制了温度在一10℃的云中的云滴合并和冰相降水，从而完全抑制了降水，人类 活动无意识的影响着云和降水。地球大气中的水物质汽态、液态和固态三种相态的存在、他们之间以及 和大气中其他固体和液体气溶胶之间发生的非常复杂的相互作用，造成了大气能量在空间和时间上的 变率呈现出十分的不均性，导致了气候变化的复杂性。对此，全球科学家们做了大量的观测研究，如以 测量热带和副热带地区降水和能量(即：凝结潜热)交换为目的热带雨量测量卫星(TRMM)试验；旨在 进行全球的云雨观测，理解地球的辐射平衡和水循环，改善气候模式和大气环流模式中关于云参数化的 描述的全球卫星云气候计划(ISCCP)，针对局部云团或地区的野外观测试验有华盛顿山冰传感探测计 划(MWISP)主要是获得云冰粒子的密度和形状来考察遥感探测云冰的可能性等等对不同范围的大气 水汽演变、辐射过程给予了足够的重视；近年来，国际性ACE—Asia观测计划在了解受人为污染影响较 大的东亚与太平洋等大气环境中悬浮微粒的化学、物理和光学特性与相关的控制因子，以及评估悬浮微 粒对气候的影响方面做了大量的研究，气溶胶、云和气候的关系是当今世界热门研究的话题。 春夏季节发生在中国西北干旱和半干旱地区的沙尘暴天气是该地域的一个特征天气现象，是增加 大气沙尘气溶胶的有效的方式。观测事实表明，沙尘气溶胶是大气中的主要的气溶胶，估计每年有大约 100,200×106 t的沙尘气溶胶要进入大气，几乎占对流层气溶胶的一半。蒙古和中国北方干旱、半干 旱地区(主要指巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、塔克拉玛干沙漠、塔里木盆地等大沙漠)为大气提供的沙尘 校自然科学基础研究项目06KJBl70047 ·583- 排放量占整个亚洲沙尘排放量的70％，是仅次于撒哈拉沙漠的第二大沙尘暴源地，中国境内的排放量 占其中30％，沙尘气溶胶的85％是沙尘暴所致。在长距离输送过程中沙尘气溶胶和硫化物、氮化物以 及黑碳相互作用，沙尘气溶胶作为云凝结核的性质也发生了重要的改变，沙尘气溶胶和当地天气系统相 互作用产生有意义的气候效应。在中国西北地区观测研究表明：气温呈现一致的上升趋势的情况下总 云量下降，总光学厚度和总云水路径呈上升趋势(1984—1998年)；降水量虽然没有表现出一致的增加 或减少，但强降水事件趋于增多；相对湿度呈增加趋势，每年最大上升达0．20％／a，地表接受的太阳总 辐射呈减少趋势。对于这些观测事实，人们已有的知识并不能有明晰的解释，因此，从新的视角重新审 视中国干旱半干旱环境背景条件下丰富大气沙尘环境对云雨发生发展演变过程的影响，进而为西部大 开发过程中空中云水资源开发项目和人工防雹消雹减灾技