ACP: 青藏高原夏季卷云的可能形成机制讨论
发布时间: 2020-12-23


卷云是地气系统能量平衡过程中的重要组成部分。一方面,它能散射入射太阳辐射,阻挡地球出射长波辐射和自身发射红外辐射。另一方面,卷云独特的高度决定了其在平流层和对流层物质交换(例如:水汽)中担任至关重要的角色。在全球变化背景下,以青藏高原为核心的第三极是全球气候变化影响不确定性最大的地区。由于观测条件的限制和其特殊的地理位置,青藏高原卷云的研究亟待加强。

我系张峰教授(第一作者)团队与上海气象局贺千山研究员(通讯作者)、博士生余秋润、成天涛教授等人合作研究夏季青藏高原卷云的地理分布随着卷云高度的变化特征,并进一步揭露了这些特征背后卷云的不同形成机制,该研究于2020年发表在《Atmospheric chemistry and physics》期刊上。研究指出卷云云顶高度小于9km的卷云多数分布在高原西部(图1a);云顶高度位于912 km之间的卷云多发生在高原的北部地区(1b);云顶高度在12公里以上的卷云多发生在高原边缘南部地区(1c)。这种特殊的卷云地理位置分布差异对应着三种不同的形成机制:地形抬升,温度场扰动造成的冰晶生成和深对流云砧的残余物。

具体来说,高度低于9 km的卷云与地形密切相关,地形高度与卷云出现数目的相关系数为93.7%。夏季地形高度带来的地表辐射冷却和地表感热有利于卷云的形成。同时由于高原上空被南亚高原控制,地表上升气流被抑制,卷云无法在高原西部进一步发展。当云顶在9-12 km之间时,由对流活动(包括重力波)引起的温度扰动导致高原北部出现大量卷云(图2a)。这种波动可以提高大气层的脱水效率(2b)并影响冰的成核过程,从而产生更多的卷云粒子。深对流造成的强大对流抬升是12-15 km之间的卷云的形成机制。卷云的地理分布与对流溢流高度(3a)OLR(3b)的地理分布特征非常相似,其相关系数分别为77.9%和-66.6%(通过99%信度检验)。强对流直接将凝结核抬升至对流层顶附近高度,而深对流云上方的辐射冷却域则起到了间接作用。此外,对流溢出高度从热力学角度决定了卷云的云底高度。上述结果增加了我们对卷云生成机制的认识,并为数值模式的改进和研究气候变率提供有用信息。


Zhang, F., Yu, Q. R., Mao, J. L., Dan, C., Wang, Y., He, Q., et al, (2020). Possible mechanisms of summer cirrus clouds over the Tibetan Plateau. Atmospheric Chemistry and Physics, 20(20), 11799-11808.

https://acp.copernicus.org/articles/20/11799/2020/


图一 2012-2016年夏季青藏高原卷云分布数量分布图。(a)(b)(c)分别为云顶高度小于9公里,9-12公里和大于12公里。


图二 250hPa(约11-12公里)5年平均的温度扰动场和比湿场。


图三 (a)对流溢出高度场和(b)大气层顶向外长波辐射场。