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黄土高原地区沙尘气溶胶对降水的影响—以2004年3月9~11日沙尘暴天气过程为例

罗双  王鑫  
【摘要】:本文利用携带有CERES和MODIS的TERRA\AQUA卫星所获得的联合探测资料以及地面台站资料,分析黄土高原地区有沙尘区域和无沙尘区域,即沙尘区和纯云区云的微物理特性。通过对2004年沙尘天气个例进行不同区域的对比分析,研究了沙尘气溶胶—云—降水的相互作用系统,进一步明确了沙尘气溶胶影响气候变化的物理机制。研究结果表明:(1)沙尘气溶胶对云的冰晶核直径和有效粒子半径的影响作用为减小作用,其原因在于沙尘气溶胶作为云的凝结核,它的出现可以使云凝结核数量明显增大,又由于水汽总量不变,导致附着在每个云凝结核上的水含量普遍减小,从而使得云的冰晶核直径普遍减小,这种变化进而会影响云的其他光学特性及云的生命周期;(2)沙尘气溶胶对冰晶云的光学厚度所起的减小作用,其原因可能为随着沙尘气溶胶数量的增多,冰晶云粒径变小,且云滴衰减截面减小的影响程度大于云滴数量增多的影响程度,从而导致云的光学厚度变小;(3)沙尘气溶胶的存在使云中的云水路径减小,这是由于在中低大气层中,沙尘气溶胶和云混合后,干的沙尘减少了云中湿度,进而改变了云的云水路径;(4)由于沙尘的高度明显比云低,因此有沙尘区域比纯云区有效云顶温度高;(5)沙尘云集中在较小的云粒径、云水路径和光学厚度范围内,而较大的云粒径、云水路径和光学厚度值在纯云区出现的频率远高于沙尘云区,这可以作为判别沙尘区和纯云区的参考因子。总而言之:沙尘天气增加了大气中的气溶胶,也增加了云凝结核的数目,导致小云滴浓度增大,云滴半径显著减少而无法达到形成降水的阈值,且影响云滴碰并,阻碍降水的发展,抑制了降水,改变了降水形成的物理过程和降水量分布,这就是扬沙、沙尘暴等沙尘天气对黄土高原半干旱地区气候产生的重要影响。研究证实沙尘气溶胶粒子浓度的变化会影响云的微物理特性,进而改变降水形成的物理过程和降水量分布。由于气溶胶同云滴之间的关系复杂,所以具体的定量关系还有待于更多的观测和对微物理过程的进一步研究。

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