近日，南方科技大學環境科學與工程學院教授傅宗玫課題組基於觀測與模式研究，發現由人為活動產生的氣溶膠可顯著抑制華南四月中尺度對流系統的發生頻次，進而顯著減少降水，並闡釋了其物理機制。此發現解釋了近40年來華南四月降水減少的原因。相關研究成果發表於地學領域重要的自然指數期刊《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）。
自上世紀80年代以來，我國人為活動向大氣排放的氣溶膠及其前體物增長一倍。氣溶膠會通過直接散射太陽輻射，以及間接通過改變雲微物理兩種方式影響降水及氣候。但是，由於對流降水系統的熱力、動力、輻射覆雜性，氣溶膠對對流系統及對流降水的影響一直是氣候研究中未解決的重大科學問題。
中尺度對流系統（MCS）是造成暴雨、冰雹大風等災害性天氣的重要系統，對人民生產生活有重要影響。觀測表明，華南地區自1980年代以來晚春降水明顯下降，而華南90%的晚春降水來自MCS。再結合近幾十年來人為排放在我國顯著增加，傅宗玫研究組提出一個假設：除氣候變率的影響外，人為氣溶膠的增加可能造成MCS變化。
研究團隊首先分析觀測數據，發現2001-2011年間對比1979-1989年間，華南四月降水減少25%，且主要表現為強降水減弱（圖1a）。團隊利用氣象化學數值模式WRF-Chem開展了降水的敏感性實驗，並開發了MCS客觀自動診斷。結果發現，在氣溶膠及前體物排放較強情況下，華南四月MCS發生頻次相對於乾淨情況下減少了21%-32%（圖1b）。
圖1. 華南四月降水模擬結果：（a）降水強度概率分佈；（b）中尺度對流系統（MCS）發生小時數
團隊通過進一步的模擬實驗，闡釋了人為氣溶膠對於華南MCS的作用機制（圖2）：區域大氣中人為氣溶膠增加，增強了對太陽短波輻射的直接散射；同時更多氣溶膠作為低雲（液態雲）的雲凝結核增大雲反照率。兩種機制都使得到達地表的短波輻射減少，造成地表冷卻，則大氣層結更加穩定，不利於對流發展，最終抑制了MCS的發生，進而減少區域降水。
此前關於氣溶膠影響對流降水研究，大多限於對流系統個體分析。傅宗玫團隊的研究成果指出：氣溶膠對MCS的作用，不僅發生於對流系統本身，還應考慮氣溶膠對對流系統所處的更大尺度天氣系統和環境大氣的作用，才能真正解析氣溶膠對對流的完整影響。此研究成果對於氣溶膠對降水及氣候影響的理論研究有重要意義。
圖2. 人為氣溶膠對華南四月中尺度對流系統影響機制示意圖
此研究得到了國家自然基金委的經費支持。北京大學博士生、南科大訪問學生張麗娟為第一作者，傅宗玫教授為通訊作者。
論文鏈接：
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2019GL086204
閱讀更多 南方科技大學 的文章
