科研进展 | 北极与青藏高原上空云微物理对云辐射效应垂直结构的影响

原创燕亚菲等中国科学院大气物理研究所

青藏高原（TP）和北极地区都是寒冷、脆弱的地区，对全球变暖十分敏感。然而，两个地区的云辐射效应（CRE）有何异同呢？两个地区云微物理分布对CRE的垂直结构又有何影响呢？

近期，上海师范大学燕亚菲博士和中科院大气物理研究所刘屹岷研究员、王晓聪研究员联合中山大学刘肖林博士采用CloudSat/CALIPSO卫星资料，通过资料分析和快速辐射传输模式（RRTM）计算揭示了两个地区云微物理垂直结构的异同及其对CRE垂直结构的影响。结果表明：（1）TP上空云中粒子数浓度多于北极上空，且TP上空的液态水更容易以过冷水形式存在，使得大气中的短波和长波CRE以及净CRE在TP地区更强（图1）；（2）云冰主导着对流层中高层大气CRE的垂直结构，而液态云水和混合相云水则主导着对流层下层CRE的垂直结构（图2、3）；（3）在短波（长波）CRE垂直结构中，液态云水和混合相云水（尤其是其中的液态水部分）在近地面的冷却（加热）层上方造成一个很强的加热（冷却）薄层（图2、3）。

图1 北极地区CRE垂直结构的季节变化（左列），夏季（中列）和冬季（右列）青藏高原（红线）与北极地区（蓝线）CRE垂直结构的对比。其中：a-c为短波CRE，d-f为长波CRE，g-i为净CRE。

该研究已被刊登在《Remote Sensing》，该研究受MOST project(2018YFC1505706)，上海市青年科技英才扬帆计划（20YF1434900），国家自然科学基金（91937302）和中国科学院战略性先导科技专项“地球大数据工程专项”（XDA19070404和XDB40030204）的联合资助。

图2 RRTM模式计算的青藏高原和北极地区垂直大气柱中（a, g）存在固态水或者液态水、（b, h）仅存在固态水、（c, i）仅存在液态水、（d, j）仅存在固液混合态水、（e, k）仅存在固液混合态中的固态水、（f, l）仅存在固液混合态中的液态水时短波CRE垂直结构的逐候分布。正值代表加热效应，负值代表冷却效应。

图3 RRTM模式计算的青藏高原和北极地区垂直大气柱中（a, g）存在固态水或者液态水、（b, h）仅存在固态水、（c, i）仅存在液态水、（d, j）仅存在固液混合态水、（e, k）仅存在固液混合态中的固态水、（f, l）仅存在固液混合态中的液态水时长波CRE垂直结构的逐候分布。正值代表加热效应，负值代表冷却效应。

【论文信息】

Yan, Y.; Liu, Y.*; Liu, X.; Wang, X. Effects of Cloud Microphysics on the Vertical Structures of Cloud Radiative Effects over the Tibetan Plateau and the Arctic. Remote Sens. 2021, 13, 2651. https://doi.org/10.3390/rs13142651

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