气溶胶-云相互作用对天气和气候变化具有非常重要的影响𓀍。气溶胶作为云凝结核时，其数量增加通常会导致生成更多、更小的云滴🧖🏻‍♂️，进而增大云的反照率，抑制降水并延长云的生命时间。同时🏮，气溶胶还可以作为冰核（INP），影响冰晶的异相核化过程，进而影响水成物的尺寸和数量🖐🏿，调节深对流云的降水效率⭐️。然而🚣🏼‍♀️，由于气溶胶-云相互作用的复杂性以及模型参数化的不确定性🔷，表征气溶胶-云相互作用过程仍然是天气和气候变化研究中的一个重要挑战💂🏿🤦🏿‍♀️。

 2021年夏季，“21·7”极端强降水事件导致河南多个地区的降水量突破历史记录，尤其是郑州市7月20日单站24小时累计降水量达到624.1 mm，造成了严重的人员伤亡和财产损失🧚🏻‍♀️。此前研究多关注天气形势、水汽输送、地形抬升等因素对暴雨发展中的影响，然而气溶胶在此次事件中的作用尚未得到充分认识。

近日🧚，我系直博生王薇善（第一作者）在陈国兴青年研究员（通讯作者）和张义军教授的联合指导下👨🏿‍🚒，研究了气溶胶的冰核效应对“21·7”河南极端暴雨发展中的可能作用🙅🏻‍♀️。研究成果发表以Role of Aerosol Ice-Nucleus Effect in the Development of the “21⋅7” Henan Extreme Precipitation为题发表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres期刊上⚈🦹‍♀️。

该研究基于一个耦合了气溶胶-云、气溶胶-辐射相互作用的WRF模式🚂，通过一系列敏感性实验，发现使用较为真实的冰核浓度空间分布能够显著改善降水强度和空间分布的模拟🚯，并且揭示了一个类似于气溶胶第二间接效应的冰核反馈机制。如图1所示🈵，相对于冰核均匀分布的情况，真实情况下的冰核浓度存在西高东低的空间分布特征😂。这使得对流系统在郑州西部生成更多😦、更小的云冰，从而增强对流并抑制郑州上游的降水，最终在郑州附近产生极端降水。研究强调了气溶胶的冰核效应对云微物理过程6️⃣、对流强度和区域降水分布的关键影响，阐明了气溶胶场与气象场耦合在准确模拟深对流云降水过程中的重要作用。

图1：气溶胶作为冰核影响深对流系统降水的机制示意图。图中阴影指示冰核浓度◀️。数值天气预报模式通常认为冰核浓度是水平均一的（CTL）🕵🏽‍♀️。沙尘作为中国东部主要的冰核粒子🥲，其浓度一般呈现西高东低的空间分布（M2），且普遍高于数值模式中通常设定的值。使用相对真实的冰核浓度使得对流系统在自西向东的发展过程中具有更高的异相核化速率，导致潜热释放增强，从而促进均相核化过程。这使得对流系统在郑州西部生成更多、更小的云冰🏊🏽‍♀️，从而抑制郑州上游的降水，最终在郑州附近产生极端降水。

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