586 气象科学 34卷 生的大量小云滴冻结并被抬升至深对流云顶部。而环境会受到很大的影响甚至导致区域气候的改变。 Chyleket,etal6用冬季印度洋MODS数据研究却这种影响主要来源于两方面:地表的变化和大气排 发现了相反的结论。 Massie,eta6的研究表明,伴放。后者包括气溶胶和温室气体的排放。温室效应 随着气溶胶浓度的增加,云中冰粒子尺度变化很小。与气溶胶效应相比通常有更大空间和更长时期的影 Jiang,etal结合MODs数据的云中冰粒子尺度、响。一些研究发现,在一些主要的大都市下游地区 氧化碳浓度(代气溶胶)和 TRMM卫星的降水数的降雨有明显增多,例如在芝加哥和纽约。 据进行研究,发现气溶胶对于云的影响依赖于云中城市地区高浓度的气溶胶通过提供大量的CCN来 湿度的大小,这与YUAN,etal的研究中气溶胶对增强降水。 Vanden,etal1和 Shepherd,eta的 暖云的影响结果一致。在干燥的环境,气溶胶的增研究中曾用这个假设来解释城市对流和降水的增 加使得冰晶尺度减小,抑制降水;而在相对湿度较高多。对于城市地区对流和降水的增加究竟是因为城 的环境中,气溶胶对于冰晶的大小和和降水影响很市热岛效应还是气溶胶效应或者二者兼有目前尚不 小。TRMM数据可以被用来推断非降水云中过冷水清楚。根据前文提到的气溶胶增强对流的理论,可 的存在, Rosenfeld,etal利用TRMM数据研究以将被严重污染的城市视为一个理想的区域,可以 了印度尼西亚上空烟尘粒子以及澳大利亚城市上空诱发和增强云和对流的发展,尤其是位于湖泊和沿 污染气溶胶对云的影响。飞机的观测发现,在大陆海岸线附近的城市。夏季,温暖的潮湿的空气从海 混合性对流云中,存在着大量的过冷却水(甚至洋、湖泊吹向陆地,提供了下列有利于云和对流发展 37℃以下)。这些研究结果进一步表明,大陆性的条件:(1)充足的强吸湿性人为源气溶胶的供给 气溶胶的增加降低了云滴尺度,抑制了碰并过程和(2)城市热岛效应;(3)潮湿的热空气提供大量的潜 暧雨过程,伴随着潜热的释放,使得更多的冻结的小能来维持强大的对流。一些研究还发现,在某些城 云滴被抬升至零度层以上,增强了冷雨过程和促进市每周中期常常会出现对流、降水甚至闪电的异常 了冰雹的生成,称为气溶胶促进对流的作用。增多。Bel,etal使用TRM卫星长期降水资料 Rosenfeld,etal的研究表明,由于气溶胶促进对流研究发现,在美国东南部,夏季每周中期雷暴显著增 云发展的效应,污染大气背景下的对流云发展的更加,这与地面观测到的一周中气溶胶浓度增加的时 高,更旺盛,更容易形成对流风暴。 Koren,etal6研间吻合。 Rosenfeld,eta4和 William,eta2的研 究了大西洋上空MODS反演的云特征参数,发现污究也发现气溶胶对大陆性混合对流云的热力和动力 染、沙尘和生物质燃烧产生的气溶胶对于增强对流性质有很大的影响。 云有非常明显的作用。 Andreae,eta2在大范围生 Orville,etal发现,在大城市及其下游地区闪 物圈-大气实验中,对亚马逊流域气溶胶、云、降水、电密度增强,其原因可能是由于城市热岛、人为污染 和气候进行了研究,发现由于生物质燃烧增加的烟排放以及微物理过程的改变。 Steiger,etal使用 雾和地表面热量的升高往往会导致更高的云顶高14a的云-地闪密度分布数据与路易斯安那州的 度,促进和加强了亚马逊盆地的冷雨过程。 PM10数据进行了对比分析,发现污染对于闪电增 云的位置对于其对流发展也有重要的影响。例强起着关键作用。YUAN,etal3研究了2005年地 如,如果云底很高且非常接近冻结高度,可供云滴粒面闪电数据和TRMM闪电成像传感器资料以及 子发展的部位到达冻结高度的距离很小,就不会有MODS的气溶胶数据,发现反常的强闪电活现象往 很多液态水释放潜热。因此,0℃层高度与云的位往伴随着高浓度气溶胶的出现。他们进一步量化闪 置的关系对于对流云的发展也是至关重要的。电与气溶胶光学厚度的关系发现,气溶胶浓度每增 对流的发展受潜热释放的驱动,这是源于气溶胶第加60%,将会导致多于150%的闪电的增加。气溶 间接效应,这个效应同时取决于气溶胶吸湿性。胶可能通过改变云粒子微物理特性而影响闪电。气 大气的热力学特征也会随着气溶胶对大气的加热和溶胶浓度的增加使得云中冰粒子尺度减小,云中冰 对地面的冷却而改变,这增强了大气的稳定度,并由相过程的延迟导致了更低的温度,促进对流的发生。 于蒸发的加强而降低了大气的湿度,从而抑制了尽管许多证据表明气溶胶与闪电活动密切相关,但 云和降水的形成。 是它们之间真正的关系是非常复杂的,尤其是与城 2.4城市气溶胶对风暴和闪电影响的研究市地区许多其他的相关因素相结合。 城市作为最主要的人为气溶胶排放源,其大气 以上研究均表明,气溶胶对大陆性混合对流云生的大量小云滴冻结并被抬升至深对流云顶部。 而 Ｃｈ􀆪ｌｅｋｅｔ，ｅｔ ａｌ ［６１］用冬季印度洋 ＭＯＤＩＳ 数据研究却 发现了相反的结论。 Ｍａｓｓｉｅ，ｅｔ ａｌ ［６２］的研究表明，伴 随着气溶胶浓度的增加，云中冰粒子尺度变化很小。 Ｊｉａｎｇ，ｅｔ ａｌ ［６３］ 结合 ＭＯＤＩＳ 数据的云中冰粒子尺度、 一氧化碳浓度（代气溶胶）和 ＴＲＭＭ 卫星的降水数 据进行研究，发现气溶胶对于云的影响依赖于云中 湿度的大小，这与 ＹＵＡＮ，ｅｔ ａｌ ［５４］的研究中气溶胶对 暖云的影响结果一致。 在干燥的环境，气溶胶的增 加使得冰晶尺度减小，抑制降水；而在相对湿度较高 的环境中，气溶胶对于冰晶的大小和和降水影响很 小。 ＴＲＭＭ 数据可以被用来推断非降水云中过冷水 的存在，Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ ，ｅｔ ａｌ ［４４，５５］ 利用 ＴＲＭＭ 数据研究 了印度尼西亚上空烟尘粒子以及澳大利亚城市上空 污染气溶胶对云的影响。 飞机的观测发现，在大陆 混合性对流云中，存在着大量的过冷却水（ 甚至 －３７ ℃以下）。 这些研究结果进一步表明，大陆性 气溶胶的增加降低了云滴尺度，抑制了碰并过程和 暖雨过程，伴随着潜热的释放，使得更多的冻结的小 云滴被抬升至零度层以上，增强了冷雨过程和促进 了冰雹的生成［４４］ ，称为气溶胶促进对流的作用。 Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ，ｅｔ ａｌ ［６４］的研究表明，由于气溶胶促进对流 云发展的效应，污染大气背景下的对流云发展的更 高，更旺盛，更容易形成对流风暴。 Ｋｏｒｅｎ，ｅｔ ａｌ ［６５］研 究了大西洋上空 ＭＯＤＩＳ 反演的云特征参数，发现污 染、沙尘和生物质燃烧产生的气溶胶对于增强对流 云有非常明显的作用。 Ａｎｄｒｅａｅ，ｅｔ ａｌ ［２５］在大范围生 物圈－大气实验中，对亚马逊流域气溶胶、云、降水、 和气候进行了研究，发现由于生物质燃烧增加的烟 雾和地表面热量的升高往往会导致更高的云顶高 度，促进和加强了亚马逊盆地的冷雨过程。 云的位置对于其对流发展也有重要的影响。 例 如，如果云底很高且非常接近冻结高度，可供云滴粒 子发展的部位到达冻结高度的距离很小，就不会有 很多液态水释放潜热。 因此，０ ℃ 层高度与云的位 置的关系对于对流云的发展也是至关重要的［６６］ 。 对流的发展受潜热释放的驱动，这是源于气溶胶第 一间接效应，这个效应同时取决于气溶胶吸湿性。 大气的热力学特征也会随着气溶胶对大气的加热和 对地面的冷却而改变，这增强了大气的稳定度，并由 于蒸发的加强而降低了大气的湿度［６］ ，从而抑制了 云和降水的形成。 ２􀆰 ４ 城市气溶胶对风暴和闪电影响的研究 城市作为最主要的人为气溶胶排放源，其大气 环境会受到很大的影响甚至导致区域气候的改变。 这种影响主要来源于两方面：地表的变化和大气排 放。 后者包括气溶胶和温室气体的排放。 温室效应 与气溶胶效应相比通常有更大空间和更长时期的影 响。 一些研究发现，在一些主要的大都市下游地区 的降雨有明显增多，例如在芝加哥［６７］ 和纽约［６８］ 。 城市地区高浓度的气溶胶通过提供大量的 ＣＣＮ 来 增强降水。 Ｖａｎｄｅｎ，ｅｔ ａｌ ［６９］ 和 Ｓｈｅｐｈｅｒｄ，ｅｔ ａｌ ［７０］ 的 研究中曾用这个假设来解释城市对流和降水的增 多。 对于城市地区对流和降水的增加究竟是因为城 市热岛效应还是气溶胶效应或者二者兼有目前尚不 清楚。 根据前文提到的气溶胶增强对流的理论，可 以将被严重污染的城市视为一个理想的区域，可以 诱发和增强云和对流的发展，尤其是位于湖泊和沿 海岸线附近的城市。 夏季，温暖的潮湿的空气从海 洋、湖泊吹向陆地，提供了下列有利于云和对流发展 的条件：（１） 充足的强吸湿性人为源气溶胶的供给； （２）城市热岛效应；（３）潮湿的热空气提供大量的潜 能来维持强大的对流。 一些研究还发现，在某些城 市每周中期常常会出现对流、降水甚至闪电的异常 增多。 Ｂｅｌｌ，ｅｔ ａｌ ［７１］ 使用 ＴＲＭＭ 卫星长期降水资料 研究发现，在美国东南部，夏季每周中期雷暴显著增 加，这与地面观测到的一周中气溶胶浓度增加的时 间吻合。 Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ，ｅｔ ａｌ ［４４］和 Ｗｉｌｌｉａｍｓ，ｅｔ ａｌ ［７２］ 的研 究也发现气溶胶对大陆性混合对流云的热力和动力 性质有很大的影响。 Ｏｒｖｉｌｌｅ，ｅｔ ａｌ ［７３］发现，在大城市及其下游地区闪 电密度增强，其原因可能是由于城市热岛、人为污染 排放以及微物理过程的改变。 Ｓｔｅｉｇｅｒ，ｅｔ ａｌ ［７４］ 使用 １４ ａ 的云－地闪密度分布数据与路易斯安那州的 ＰＭ１０ 数据进行了对比分析，发现污染对于闪电增 强起着关键作用。 ＹＵＡＮ，ｅｔ ａｌ ［７５］ 研究了 ２００５ 年地 面闪电数据和 ＴＲＭＭ 闪电成像传感器资料以及 ＭＯＤＩＳ 的气溶胶数据，发现反常的强闪电活现象往 往伴随着高浓度气溶胶的出现。 他们进一步量化闪 电与气溶胶光学厚度的关系发现，气溶胶浓度每增 加 ６０％，将会导致多于 １５０％的闪电的增加。 气溶 胶可能通过改变云粒子微物理特性而影响闪电。 气 溶胶浓度的增加使得云中冰粒子尺度减小，云中冰 相过程的延迟导致了更低的温度，促进对流的发生。 尽管许多证据表明气溶胶与闪电活动密切相关，但 是它们之间真正的关系是非常复杂的，尤其是与城 市地区许多其他的相关因素相结合。 以上研究均表明，气溶胶对大陆性混合对流云 ５８６ 气 象 科 学 ３４ 卷