氣溶膠-雲相互作用對天氣和氣候變化具有非常重要的影響。氣溶膠作為雲凝結核時，其數量增加通常會導致生成更多、更小的雲滴，進而增大雲的反照率𓀀，抑製降水並延長雲的生命時間。同時，氣溶膠還可以作為冰核（INP），影響冰晶的異相核化過程，進而影響水成物的尺寸和數量👩🏿‍🦰，調節深對流雲的降水效率。然而，由於氣溶膠-雲相互作用的復雜性以及模型參數化的不確定性，表征氣溶膠-雲相互作用過程仍然是天氣和氣候變化研究中的一個重要挑戰🤸🏽‍♀️。

 2021年夏季，“21·7”極端強降水事件導致河南多個地區的降水量突破歷史記錄🐢，尤其是鄭州市7月20日單站24小時累計降水量達到624.1 mm🏑，造成了嚴重的人員傷亡和財產損失。此前研究多關註天氣形勢、水汽輸送、地形抬升等因素對暴雨發展中的影響，然而氣溶膠在此次事件中的作用尚未得到充分認識✵。

近日，我系直博生王薇善（第一作者）在陳國興青年研究員（通訊作者）和張義軍教授的聯合指導下，研究了氣溶膠的冰核效應對“21·7”河南極端暴雨發展中的可能作用🧑🏼‍🚒。研究成果發表以Role of Aerosol Ice-Nucleus Effect in the Development of the “21⋅7” Henan Extreme Precipitation為題發表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres期刊上。

該研究基於一個耦合了氣溶膠-雲、氣溶膠-輻射相互作用的WRF模式🧟，通過一系列敏感性實驗，發現使用較為真實的冰核濃度空間分布能夠顯著改善降水強度和空間分布的模擬，並且揭示了一個類似於氣溶膠第二間接效應的冰核反饋機製。如圖1所示🏃🏻‍♀️，相對於冰核均勻分布的情況𓀑，真實情況下的冰核濃度存在西高東低的空間分布特征。這使得對流系統在鄭州西部生成更多、更小的雲冰⛲️，從而增強對流並抑製鄭州上遊的降水🏄🏻，最終在鄭州附近產生極端降水🙅🏽‍♂️。研究強調了氣溶膠的冰核效應對雲微物理過程、對流強度和區域降水分布的關鍵影響，闡明了氣溶膠場與氣象場耦合在準確模擬深對流雲降水過程中的重要作用。

圖1：氣溶膠作為冰核影響深對流系統降水的機製示意圖。圖中陰影指示冰核濃度🧙🏻‍♂️。數值天氣預報模式通常認為冰核濃度是水平均一的（CTL）👩🏻‍🦳💪🏼。沙塵作為中國東部主要的冰核粒子🍱，其濃度一般呈現西高東低的空間分布（M2），且普遍高於數值模式中通常設定的值。使用相對真實的冰核濃度使得對流系統在自西向東的發展過程中具有更高的異相核化速率🧑‍🦼‍➡️，導致潛熱釋放增強，從而促進均相核化過程🫣🙌🏻。這使得對流系統在鄭州西部生成更多、更小的雲冰，從而抑製鄭州上遊的降水，最終在鄭州附近產生極端降水。

https://doi.org/10.1029/2024JD041487