南大洋浅对流中的湿沉降，对气候和大气的影响

南大洋由于高覆盖云凝率和密闭降水，使其成为研究气溶胶-云凝-降水相互作用的理想自然实验室，而沉湿降水是一个通过降水去除大气溶胶的重要过程，尤其是对云凝结核浓度而言，这些过程受中枢细胞对流的影响。一项新的研究探讨了南大洋上空浅对流云中的湿沉降过程，特别是云形态对云凝结核浓度和降水的影响

湿沉降及其在大气化学中的作用

湿沉降是一种通过降水将颗粒、气溶胶和其他大气物质从大气中去除的过程，它可以显著影响空气的化学成分和云的形成过程。湿沉降影响气候的主要方式之一是影响气溶胶和云凝结核的全球分布，而气溶胶通过影响大气的反照率和云冷却地球表面的能力，在气候中发挥着关键作用。当云凝结核通过降水被去除时，大气的成分会发生变化，这可能会对云的特性产生下游影响，并最终影响地球的能量平衡。

在南大洋，湿沉降主要由毛毛雨形成驱动，也称为聚结清除，聚结清除是指小云滴结合形成较大的云滴，最终以降水形式落到地面。云凝结核是微小颗粒，是云滴形成的核心，大气中云凝结核的浓度可直接影响云的特性，例如云量、云高和产生的降水量。

浅对流是指垂直空气运动较弱的一种大气对流，导致低空云层和降水的形成，这种对流在南大洋等地区很常见，那里的大气条件导致海洋边界层云的形成，这些云通常具有薄而浅的特点，垂直范围有限。

浅对流的动力学在降水形成中起着关键作用，当浅对流系统内的空气上升时，它会冷却并凝结，从而形成云。这些云可能会产生毛毛雨或降雨，进而将云凝结核从大气中去除。降水的速度和频率取决于各种因素，包括云结构、大气稳定性和水分的可用性。

最新的研究发现

为了探讨云形态开放和闭合的中尺度对流细胞对云凝结核浓度和降水的影响，以及湿沉降过程如何影响云凝结核的去除等问题，研究人员使用了来自观测站的长期观测数据，通过对这些数据的统计分析，研究揭示了开放和闭合中尺度对流细胞在凝结核浓度和降水频率上的显著差异，此外，研究进一步探讨了气象条件对云凝结核和降水的影响。

研究发现，云凝结核浓度随中尺度细胞对流类型的不同存在统计学上的显著差异，当开放中尺度细胞对流占主导地位时，云凝结核浓度中值为69cm⁻³，而当封闭中尺度细胞对流占主导地位时，云凝结核浓度中值为89cm⁻³。开放式中尺度细胞对流的降水率较高，平均为1.72毫米/天，而封闭式中尺度细胞对流的降水率仅为0.29毫米/天开放式中尺度细胞对流出现的频率也更高，约为16.7%，而封闭式中尺度细胞对流出现的频率仅为4.5%。开放中尺度细胞通常发生在低气压和较不稳定的条件下，而封闭细胞对流则与高气压和更稳定的条件相关。

研究还发现，在南半球夏季观测到云凝结核浓度最高和降水量最低，夏季降水量与云凝结核浓度呈负相关，但降水周期与云凝结核周期相差约3小时，表明气象因素在影响降水量方面起主要作用​​​​​​​​​​。云凝结核浓度在夏季达到峰值为157 cm⁻³，在冬季最低为54 cm⁻³。

影响南大洋湿沉降的主要过程是聚结清除，其中小云滴结合形成较大的水滴，这些水滴以降水形式降落，并携带气溶胶。开放式中尺度细胞对流中的聚结清除过程由于降水频率和强度较高而导致气溶胶去除效率更高。这表明，在浅对流频繁的地区，湿沉降对从大气中去除云凝结核和其他气溶胶有显著贡献。

这些发现凸显了云结构对云凝结核去除和降水模式的关键影响。在开放的中尺度细胞对流中，更大、更频繁的降水有助于从大气中去除更多的云凝结核，这反过来又会影响云动态和大气成分。相反，在封闭的中尺度细胞对流中，降水率降低意味着云凝结核浓度保持较高水平，这会影响云的形成，并最终影响气候行为。

这些发现为理解南大洋上空的气溶胶-云-降水相互作用提供了新的见解，并强调了湿沉降过程在调节云凝结核浓浓度中的重要性。

思考

大气条件的变化如何影响开放式和封闭式中尺度细胞对流的形成和持续性？

参考文献：T. Alinejadtabrizi, F. Lang, Y. Huang, L. Ackermann, M. Keywood, G. Ayers, P. Krummel, R. Humphries, A. G. Williams, S. T. Siems & M. Manton ，Wet deposition in shallow convection over the Southern Ocean.  npj Climate and Atmospheric Science volume 7, Article number: 76 (2024) ，doi.s41612-024-00625-1

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