论文部分内容阅读
云是悬浮在大气中的由液态或固态水组成的可见聚合物,其通过影响太阳短波辐射传输、大气和地表长波辐射发射以及降水等过程来调节地球气候,是辐射收支平衡、水循环以及地-气系统交互的决定性调控因子。云对于气候变化的影响不仅与微物理性质相关,还由其垂直结构所决定。云垂直结构通过扰动大气垂直辐射加热和冷却率直接影响区域辐射收支、降水过程以及季风环流等。然而,先前相关的研究主要基于被动卫星观测和地面对比,由于观测的限制而对于云-气溶胶变化及其交互的垂直信息考虑不充足,限制了对云三维特性、变化过程及其气候影响的科学认识。因此,本研究联合主被动观测和辐射传输模式,通过充分利用各遥感传感器优势,以“三维云-气溶胶交互机制—三维云变化及其辐射影响—三维云特性气候（季风）反馈”为研究主线,评估了气象条件对水云-气溶胶垂直交互的影响,量化了高空冰云-气溶胶交互过程及其辐射影响,揭示了低云变少变薄是青藏高原快速变暖主要原因,发现了云垂直结构季节演变有利于东亚季风环流维持和发展,深入探讨了三维气溶胶-云-辐射-季风交互及影响的科学问题。本研究具体研究内容和发现如下:（1）水云-气溶胶垂直交互。气象条件和气溶胶三维特性对云-气溶胶垂直交互的影响,仍然没有得到充分理解。针对上述问题,联合主被动多源卫星观测,我们发现大气水汽含量、气溶胶吸收性以及垂直分布的不同,引起了不同的交互过程导致了季节和区域上的显著差异。进一步地,水云-气溶胶交互在季风季和非季风季导致-0.34±0.40和1.11±0.08 W/m2的辐射强迫。（2）冰云-气溶胶垂直交互。冰云广泛分布在大气中（约30%）,但由于其难以观测和冰云本身复杂性,冰云-气溶胶交互机制尚不明确。针对上述问题,基于CALIPSO观测对垂直冰云特性高敏感性,我们发现气溶胶导致南亚冰云粒子和含水量减少,并在气溶胶AOD=1时达到饱和。同时我们发现受到水汽、大气稳定度以及气溶胶类型的影响,在气溶胶驱动下冰云通过均质成核和非均质成核两者互相竞争,导致了上述复杂的响应。（3）云三维变化对青藏高原变暖影响。近几十年来青藏高原变暖速度是全球平均速度的三倍以上,但其具体原因尚不明确。针对上述问题,基于CALIPSO和CouldSat三维卫星观测,发现近十年青藏高原低云平均覆盖和几何厚度分别降低了约4.2%和130m,导致地表短波辐射增加,而长波变化不显著。该变化促进青藏高原瞬时地表短波辐射增加约29.7 W/m2,比CO2造成的辐射增加量大一个数量级,可能是青藏高原快速变暖主要原因。（4）云三维特性对季风反馈作用。大尺度的季风环流调控全球云的分布和变化,但云对季风环流的反馈机制及其影响机制仍未厘清。针对上述问题,我们发现云在夏季和冬季分别造成达1 K/d和0.4 K/d的大气辐射加热,并主要来源于云长波辐射加热。云垂直辐射加热结构促进夏季风和冬季风分别达1.8 m/s和0.5 m/s的增量,并主要有高云、层状云以及层积云控制。