5期 李军霞,等:气溶胶影响云和降水的机理和观测研究进展 585 大气。研究表明,矿物颗粒和沙尘可以被输送到对气本底站共300个,中国有3个区域大气本底站,包 流层上部,在那里它们作为冰核促使卷云形成。括北京上甸子(中国北方工业区)、浙江临安(中国 DeMott,etl的观测研究中指出,在撒哈拉沙漠的东部工业区)和黑龙江龙风山(中国东北部乡村或 沙尘暴爆发期间,佛罗里达州海洋边界层上空冰晶森林)。国内外许多学者利用上述卫星遥感及地面 数浓度比平时高出约100倍。这些大气层中的冰核观测网络开展了许多气溶胶特性的研究。 促使了风暴的形成和卷云砧的形成。人为源或自然2.2气溶胶对云粒子尺度及暖雨过程的影 源产生的煤烟颗粒可以作为冰核存在,但其冰核效 响观测研究 率相对很弱。冰核的另一个来源是生物质气溶胶, 气溶胶通过第一间接效应影响云的微物理结 如细菌、花粉、真菌、孢子甚至浮游植物等。这些生构。 Nakajima,etal和LU,tal利用卫星遥感 物质气溶胶常常是非常有效的冰核,但是它们的数数据对该结果进行了验证。大多数的研究显示,云 浓度通常很低。Hose,etal4指出,全球范围内由粒子尺度与气溶胶浓度呈反相关。然而,一些新的 矿物粉尘引起的浸润冻结在冰相过程中占主导地利用卫星资料的分析研究表明二者也存在正相关的 位,其次是烟煤带来的浸润冻结和接触冷冻,由生物情况3。YUAN,etal利用MODs气溶胶观测 质气溶胶带来的冰相过程只在特定的区域发生,例数据针对云粒子有效半径和气溶胶光学厚度进行了 如森林地区的上空等,在这些区域的大气中生物质大量的研究。研究发现在大多数地区云粒子尺度与 气溶胶粒子的浓度相对较大。 气溶胶浓度呈反相关,但是在夏季墨西哥湾和在中 2气溶胶对云和降水影响的观测研究国南海海域主要受季风环流影响的时期潮湿的空 气从海洋吹向污染的内陆地区,随着可降水量的增 2.1气溶胶观测手段和现有观测网络 多,云粒子大小和气溶胶浓度之间呈正相关。这是 随着科技的进步,各种先进的探测设备的出现因为从墨西哥湾吹来的夏季风带有充足的水汽,气 为深入地开展气溶胶-云-降水之间相互作用的观溶胶粒子无需争食水汽就可以很快的长大。 测研究提供了有利的条件。例如利用云探测卫星 气溶胶通过改变云微物理过程和云中液水路径 Cloudsat和Moυs的观测资料来分析气溶胶光学厚影响暖雨过程。研究表明,增加气溶胶的浓度会导致 度以及气溶胶对云的影响;红外探路者卫星观测系云滴粒子尺度减小,云滴粒子谱变窄,抑制碰并过程 统遥感资料研究地-气系统的辐射收支及云和气溶从而抑制暖性降水过程5。 Rosenfeld,etal利 胶的相互作用; AVHRR卫星数据研究云和气溶胶用 AVHRR数据针对烟雾和沙尘气溶胶对降水过程 微物理参数;THMM卫星数据研究云粒子特征等。中碰并效应的影响进行了研究,发现了云顶温度与 些气溶胶地面观测网的建立,也为气溶胶研究提云粒子有效半径之间的关系(在对流云深厚的扩散 供了有利条件,比较著名的气溶胶观测网有NASA增长区域,云粒子有效半径随着云顶温度的降低而 的气溶胶自动观测网络 AERONET、法国气溶胶网增长)。通过对卫星遥感的气溶胶数据研究,发现 络 Photons、加拿大太阳光度计网络 AeroCan、澳大利无论是区域人为产生的气溶胶还是远距离输送过来 亚气溶胶地基网络 AGONe、日本气溶胶/辐射观测的沙尘气溶胶都能显著的降低云滴尺度、云光学厚 网络、中国气溶胶观测网络 CAeroNet等。另外,度和液态水路径s9。这些研究指出,沙尘气溶胶 中国和韩国正在建立5个沙尘暴联合监测站,选址可以加热云体,促进云滴粒子蒸发,进而降低云中液 分别位于内蒙古(2个)、山西,山东、辽宁。2005水含量(半直接效应),这种半直接效应对于云的发 年全球 AERONEt站点仅有100多个,目前全球展有重要的影响,这很可能是导致中国西北地区干 AERONET站已经有400多个。中国目前有10个左早加剧的原因之一。 右 AERONET站,2007年,南京(长江三角洲地区)2.3气溶胶对冰云和混合云的影响观测研究 也列入了 AERONET网。 大多数研究气溶胶对云的影响集中在低层的层 全球的气溶胶观测网络由WMO的全球大气本状云,而一些研究认为气溶胶也可能对卷云产生影 底站和区域大气本底站组成。全球大气本底站共响。 Sherwood,etal0利用全球卫星云气候学项目 22个,对温室气体、臭氧、气溶胶、太阳辐射、降水、的数据分析了在对流层顶部的热带积雨云中冰粒子 化学等进行多方面观测。中国的青海瓦里关是唯 有效半径的变化与气溶胶指数之间的关系,发现两 设在欧亚大陆腹地的一个全球大气本底站。区域大者呈负相关。他们将这个归因于气溶胶浓度增加产大气。 研究表明，矿物颗粒和沙尘可以被输送到对 流层上部，在那里它们作为冰核促使卷云形成［４６］ 。 ＤｅＭｏｔｔ，ｅｔ ａｌ ［４７］的观测研究中指出，在撒哈拉沙漠的 沙尘暴爆发期间，佛罗里达州海洋边界层上空冰晶 数浓度比平时高出约 １００ 倍。 这些大气层中的冰核 促使了风暴的形成和卷云砧的形成。 人为源或自然 源产生的煤烟颗粒可以作为冰核存在，但其冰核效 率相对很弱。 冰核的另一个来源是生物质气溶胶， 如细菌、花粉、真菌、孢子甚至浮游植物等。 这些生 物质气溶胶常常是非常有效的冰核，但是它们的数 浓度通常很低。 Ｈｏｏｓｅ，ｅｔ ａｌ ［４８］ 指出，全球范围内由 矿物粉尘引起的浸润冻结在冰相过程中占主导地 位，其次是烟煤带来的浸润冻结和接触冷冻，由生物 质气溶胶带来的冰相过程只在特定的区域发生，例 如森林地区的上空等，在这些区域的大气中生物质 气溶胶粒子的浓度相对较大。 ２ 气溶胶对云和降水影响的观测研究 ２􀆰 １ 气溶胶观测手段和现有观测网络 随着科技的进步，各种先进的探测设备的出现 为深入地开展气溶胶－云－降水之间相互作用的观 测研究提供了有利的条件。 例如利用云探测卫星 Ｃｌｏｕｄｓａｔ 和 ＭＯＤＩＳ 的观测资料来分析气溶胶光学厚 度以及气溶胶对云的影响；红外探路者卫星观测系 统遥感资料研究地－气系统的辐射收支及云和气溶 胶的相互作用；ＡＶＨＲＲ 卫星数据研究云和气溶胶 微物理参数；ＴＲＭＭ 卫星数据研究云粒子特征等。 一些气溶胶地面观测网的建立，也为气溶胶研究提 供了有利条件，比较著名的气溶胶观测网有 ＮＡＳＡ 的气溶胶自动观测网络 ＡＥＲＯＮＥＴ、法国气溶胶网 络 Ｐｈｏｔｏｎｓ、加拿大太阳光度计网络 ＡｅｒｏＣａｎ、澳大利 亚气溶胶地基网络 ＡＧＳＮｅ、日本气溶胶／ 辐射观测 网络、中国气溶胶观测网络 ＣＡｅｒｏＮｅｔ 等［４９］ 。 另外， 中国和韩国正在建立 ５ 个沙尘暴联合监测站，选址 分别位于内蒙古（２ 个）、山西，、山东、 辽宁。 ２００５ 年全球 ＡＥＲＯＮＥＴ 站点仅有 １００ 多个， 目前全球 ＡＥＲＯＮＥＴ 站已经有 ４００ 多个。 中国目前有 １０ 个左 右 ＡＥＲＯＮＥＴ 站，２００７ 年， 南京（长江三角洲地区） 也列入了 ＡＥＲＯＮＥＴ 网。 全球的气溶胶观测网络由 ＷＭＯ 的全球大气本 底站和区域大气本底站组成。 全球大气本底站共 ２２ 个，对温室气体、臭氧、气溶胶、太阳辐射、降水、 化学等进行多方面观测。 中国的青海瓦里关是唯一 设在欧亚大陆腹地的一个全球大气本底站。 区域大 气本底站共 ３００ 个，中国有 ３ 个区域大气本底站，包 括北京上甸子（中国北方工业区）、浙江临安（中国 东部工业区）和黑龙江龙凤山（中国东北部乡村或 森林）。 国内外许多学者利用上述卫星遥感及地面 观测网络开展了许多气溶胶特性的研究。 ２􀆰 ２ 气溶胶对云粒子尺度及暖雨过程的影 响观测研究 气溶胶通过第一间接效应影响云的微物理结 构。 Ｎａｋａｊｉｍａ，ｅｔ ａｌ ［５０］和 ＬＩＵ，ｅｔ ａｌ ［５１］ 利用卫星遥感 数据对该结果进行了验证。 大多数的研究显示，云 粒子尺度与气溶胶浓度呈反相关。 然而，一些新的 利用卫星资料的分析研究表明二者也存在正相关的 情况［５２⁃５３］ 。 ＹＵＡＮ，ｅｔ ａｌ ［５４］ 利用 ＭＯＤＩＳ 气溶胶观测 数据针对云粒子有效半径和气溶胶光学厚度进行了 大量的研究。 研究发现在大多数地区云粒子尺度与 气溶胶浓度呈反相关，但是在夏季墨西哥湾和在中 国南海海域主要受季风环流影响的时期，潮湿的空 气从海洋吹向污染的内陆地区，随着可降水量的增 多，云粒子大小和气溶胶浓度之间呈正相关。 这是 因为从墨西哥湾吹来的夏季风带有充足的水汽，气 溶胶粒子无需争食水汽就可以很快的长大。 气溶胶通过改变云微物理过程和云中液水路径 影响暖雨过程。 研究表明，增加气溶胶的浓度会导致 云滴粒子尺度减小，云滴粒子谱变窄，抑制碰并过程， 从而抑制暖性降水过程［５１，５５］ 。 Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ，ｅｔ ａｌ ［５６⁃５７］利 用 ＡＶＨＲＲ 数据针对烟雾和沙尘气溶胶对降水过程 中碰并效应的影响进行了研究，发现了云顶温度与 云粒子有效半径之间的关系（在对流云深厚的扩散 增长区域，云粒子有效半径随着云顶温度的降低而 增长）。 通过对卫星遥感的气溶胶数据研究，发现 无论是区域人为产生的气溶胶还是远距离输送过来 的沙尘气溶胶都能显著的降低云滴尺度、云光学厚 度和液态水路径［５８⁃５９］ 。 这些研究指出，沙尘气溶胶 可以加热云体，促进云滴粒子蒸发，进而降低云中液 水含量（半直接效应），这种半直接效应对于云的发 展有重要的影响，这很可能是导致中国西北地区干 旱加剧的原因之一。 ２􀆰 ３ 气溶胶对冰云和混合云的影响观测研究 大多数研究气溶胶对云的影响集中在低层的层 状云，而一些研究认为气溶胶也可能对卷云产生影 响。 Ｓｈｅｒｗｏｏｄ，ｅｔ ａｌ ［６０］ 利用全球卫星云气候学项目 的数据分析了在对流层顶部的热带积雨云中冰粒子 有效半径的变化与气溶胶指数之间的关系，发现两 者呈负相关。 他们将这个归因于气溶胶浓度增加产 ５ 期 李军霞，等：气溶胶影响云和降水的机理和观测研究进展 ５８５