当前位置:首页新闻动态新闻动态

环境学院傅宗玫课题组最新研究成果揭示近40年华南地区四月份降水减少机理

2020-03-08

近日,环境学院傅宗玫教授课题组基于观测与模式研究,发现由人为活动产生的气溶胶可显著抑制华南四月中尺度对流系统的发生频次,进而显著减少降水,并阐释了其物理机制。此发现解释了近40年来华南四月降水减少的原因。相关研究成果发表于地学领域重要的自然指数期刊Geophysical Research Letters。北京大学博士生、南科大访问学生张丽娟为第一作者,傅宗玫教授为通讯作者。

自上世纪80年代以来,我国人为活动向大气排放的气溶胶及其前体物增长一倍。气溶胶会通过直接散射太阳辐射,以及间接通过改变云微物理两种方式影响降水及气候。但是,由于对流降水系统的热力、动力、辐射复杂性,气溶胶对对流系统及对流降水的影响一直是气候研究中未解决的重大科学问题。

中尺度对流系统(MCS)是造成暴雨、冰雹大风等灾害性天气的重要系统,对人民生产生活有重要影响。观测表明,华南地区自1980年代以来晚春降水明显下降,而华南90%的晚春降水来自MCS。再结合近几十年来人为排放在我国显著增加,傅宗玫研究组提出一个假设:除气候变率的影响外,人为气溶胶的增加可能造成MCS变化。

研究团队首先分析观测数据,发现2001-2011年间对比1979-1989年间,华南四月降水减少25%,且主要表现为强降水减弱(图1a)。团队利用气象化学数值模式WRF-Chem开展了降水的敏感性实验,并开发了MCS客观自动诊断。结果发现,在气溶胶及前体物排放较强情况下,华南四月MCS发生频次相对于干净情况下减少了21%-32%(图1b)。

图1. 华南四月降水模拟结果:(a)降水强度概率分布;(b)中尺度对流系统(MCS)发生小时数。

团队通过进一步的模拟实验,阐释了人为气溶胶对于华南MCS的作用机制(图2):区域大气中人为气溶胶增加,增强了对太阳短波辐射的直接散射;同时更多气溶胶作为低云(液态云)的云凝结核增大云反照率。两种机制都使得到达地表的短波辐射减少,造成地表冷却,则大气层结更加稳定,不利于对流发展,最终抑制了MCS的发生,进而减少区域降水。

此前关于气溶胶影响对流降水研究,大多限于对流系统个体分析。傅宗玫团队的研究成果指出:气溶胶对MCS的作用,不仅发生于对流系统本身,还应考虑气溶胶对对流系统所处的更大尺度天气系统和环境大气的作用,才能真正解析气溶胶对对流的完整影响。此研究成果对于气溶胶对降水及气候影响的理论研究有重要意义。

此研究得到了国家自然基金委的经费支持。

图2. 人为气溶胶对华南四月中尺度对流系统影响机制示意图

相关论文信息如下:

Zhang, L., Fu, T.‐M.*, Tian, H., Ma, Y., Chen, J.‐P., Tsai, T.‐C., Tsai, I.-C., Meng, Z., Yang, X. (2020). Anthropogenic Aerosols Significantly Reduce Mesoscale Convective System Occurrences and Precipitation over Southern China in April. Geophysical Research Letters, 47, e2019GL086204.

https://doi.org/10.1029/2019GL086204.