【基金標(biāo)書】2011CB403400-氣溶膠-云-輻射反饋過程及其與亞洲季風(fēng)相互作用的研究

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項(xiàng)目名稱： 氣溶膠-云-輻射反饋過程及其與亞洲季風(fēng)相互作用的研究首席科學(xué)家： 張小曳 中國氣象科學(xué)研究院起止年限： 2011.1 至 2015.8依托部門： 中國氣象局二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo):提 高 我 們 對(duì) 于 氣 溶 膠 -云 相 互 作 用 這 個(gè) 當(dāng) 今 氣 候 變 化 和 云 降 水 研 究 中 最 不 確 定問 題 的 理 解 ，研 究 我 國 氣 溶 膠 -區(qū) 域 性 大 氣 污 染 對(duì) 天 氣 和 氣 候 （特 別 是 亞 洲 季 風(fēng) ）的影 響 程 度 。發(fā)展一個(gè)包含氣溶膠 對(duì)云-輻射-降水影響及其反饋機(jī)制、可準(zhǔn)確模擬氣溶膠時(shí)空分布變化，并能有效耦合到全球 /區(qū)域天氣氣候模式中氣溶膠理化數(shù)值模式系統(tǒng)，建立 霧的數(shù)值預(yù)報(bào) 方法，并研究空氣污 染對(duì)天氣預(yù)報(bào)的影響，特 別是對(duì)云和降水預(yù)報(bào)的影響； 提 升 我 國 參 與 IPCC第 五 次 評(píng) 估 報(bào) 告 的 氣 候 系 統(tǒng) 模 式 模擬 中 國 特 點(diǎn) 氣 溶 膠 、詳 細(xì) 云 過 程 和 云 輻 射 過 程 的 能 力 ，形成我國新一代氣溶膠-云-輻射氣候模式系統(tǒng)。 更深入、準(zhǔn)確地 認(rèn)識(shí)氣溶膠的間接氣候效 應(yīng)、氣溶膠對(duì)云和降水的影響，對(duì)亞洲季風(fēng)的影響程度，以及對(duì)未來氣候 變化的影響程度。 為 回 答氣 溶 膠 是 否 應(yīng) 像 溫 室 氣 體 一 樣 納 入 減 排 、穩(wěn) 定 氣 候 與 控 制 污 染 之 間 的 關(guān) 系 等 氣 候 變化 議 題 中 的 敏 感 問 題 、為 我 國 天 氣 預(yù) 報(bào) 和 氣 候 預(yù) 估 準(zhǔn) 確 率 的 提 高 、為 污 染 控 制 的 宏觀 決 策 等 提 供 系 統(tǒng) 、獨(dú) 立 的 科 學(xué) 支 撐 。實(shí) 現(xiàn) 我 國 大 氣 氣 溶 膠 及 其 天 氣 -氣 候 影 響 方 面 的 研 究 與 國 家 的 應(yīng) 對(duì) 氣 候 變 化 、預(yù) 報(bào) 服 務(wù) 需 求 的 無 縫 隙 連 接 。不 僅 將 在 氣 溶 膠 -天 氣 氣 候 變 化 這 一 國 際 研 究 的 熱 點(diǎn)領(lǐng) 域 不 斷 作 出 中 國 科 學(xué) 家 具 有 國 際 水 平 的 系 統(tǒng) 、獨(dú) 立 的 研 究 成 果 ，還 將 在 提 高 預(yù) 報(bào)能 力 、更 好 地 預(yù) 估 未 來 氣 候 變 化 和 控 制 區(qū) 域 大 氣 污 染 ，以 及 為 國 家 氣 候 變 化 外 交 這些 重 要 國 家 需 求 方 面 ，不 斷 發(fā) 揮 作 用 。鍛 煉 和 形 成 一 批 活 躍 在 國 際 大 氣 科 學(xué) 熱 點(diǎn) 領(lǐng)域 的 中 青 年 科 學(xué) 家 群 體 ，五 年 中 要 爭 取 再 有 2-3人 進(jìn) 入 國 際 學(xué) 術(shù) 組 織 任 職 ，擴(kuò) 大 我 國在 此 領(lǐng) 域 的 骨 干 研 究 隊(duì) 伍 規(guī) 模 ，提 高 我 國 在 該 領(lǐng) 域 的 整 體 研 究 水 平 。五年預(yù)期目標(biāo):前2年目標(biāo)：1) 獲得對(duì)中國不同區(qū)域和珠三角典型季風(fēng)區(qū)大氣氣溶膠化學(xué)、物理和光學(xué)特性，以及典型揮發(fā)性有機(jī)物形成二次有機(jī)氣溶膠(SOA) 的主要化學(xué)過程（均相和非均相），以及SOA 在老化過程的變化；并在氣溶膠光學(xué)特性和云微物理特性方面初步建立有統(tǒng)計(jì)或有物理意義的定量聯(lián)系；獲得氣溶膠對(duì)云微物理結(jié)構(gòu)影響的三維觀測數(shù)據(jù)，并初步分析結(jié)果；2) 建立兩個(gè)分別針對(duì)環(huán)境氣溶膠單譜活化特性的觀測系統(tǒng)和單粒子懸浮實(shí)驗(yàn)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在認(rèn)識(shí) 氣溶膠活化為云凝結(jié)核（CCN）的活化特性隨粒徑、化學(xué)成分等的變化特征，以及不同條件下氣溶膠和云滴粒子的增長蒸發(fā)等微物理特性方面取得進(jìn)展；3) 發(fā)展、完善、更新自主開發(fā)的中國區(qū)域氣溶膠及其前體物排放源清單，并利用反演模式，研發(fā)可為 當(dāng)前氣候和氣溶膠-云-輻射模式提供最新的氣溶膠及其前體物的排放源的源系統(tǒng)；4) 在發(fā)展的氣體-氣溶膠在線耦合氣溶膠模式（CUACE/ Aero）中實(shí)現(xiàn)氣溶膠- 云 -輻射 -降水相互作用的模擬；并形成考慮氣溶膠老化過程的環(huán)境氣溶膠混合狀態(tài)的參數(shù)化方案等；獲得一個(gè)可準(zhǔn)確模擬氣溶膠分布變化，并能有效耦合到全球/ 區(qū)域天氣氣候模式中、包含氣溶膠對(duì)云-輻射- 降水影響及其反饋?zhàn)饔玫臍馊苣z模式系統(tǒng)；5) 改進(jìn)氣候模式中適合中國特點(diǎn)的詳細(xì)云過程和云-輻射過程的合理描述，改進(jìn) 氣候模式中非球形氣溶膠和冰云的輻射參數(shù)化方案；6) 提升中國參與IPCC AR5的氣候模式系統(tǒng)對(duì)中國特點(diǎn)氣溶膠、詳細(xì)云過程和云- 輻射過 程的模擬能力，形成我國新一代氣溶膠-云-輻射氣候模式系統(tǒng)，7) 通過對(duì)觀測資料的分析，獲得氣溶膠、云和 亞洲季風(fēng)的時(shí)空變化特征，以及在不同時(shí)間尺度和空間尺度上氣溶膠-云的相互作用對(duì)亞洲季風(fēng)的影響，特別是珠三角典型季風(fēng)區(qū)高污染氣溶膠對(duì)較強(qiáng)大季風(fēng)系統(tǒng)的影響；通過嵌套了氣溶膠-云模式的區(qū)域氣候模式開展氣溶膠對(duì)亞洲季風(fēng)影響及反饋的初步研究；8) 在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表研究論文60篇，其中在SCI收錄的刊物上達(dá)到40篇以上。后3年目標(biāo)：9) 獲得不同化學(xué)組成氣溶膠活化成云凝結(jié)核（CCN）的活化率曲線，認(rèn)識(shí)其隨氣溶膠數(shù)濃度分布，粒徑、吸濕性的變化特征； 獲得氣溶膠、 CCN和云滴粒子的時(shí)空分布特征，建立符合我國特點(diǎn)的氣溶膠與云微物理量間的參數(shù)化方案；10) 深入研究大氣氣溶膠的活化、云滴增長蒸發(fā)等微物理過程，得到不同地區(qū)CCN活化效率特征，以及不同條件下氣溶膠和云滴粒子的增長蒸發(fā)等微物理特性；11) 改進(jìn)新的氣溶膠-云-輻射數(shù)值模式系統(tǒng)（CUACE/ Aero-Chem）中降水轉(zhuǎn)化的方案， 分析研究氣溶膠對(duì)降水效率的影響。在中國氣象局自主發(fā)展的中尺度天氣數(shù)值模式（GRAPES ）中實(shí)現(xiàn)氣溶膠- 云-輻 射三者在線交互式全耦合，并測試能夠業(yè)務(wù)運(yùn)行的區(qū)域性霧-霾天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)；12) 研發(fā)成功帶有氣溶膠數(shù)值同化的霧-霾天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，深入認(rèn)識(shí)當(dāng)今中國地區(qū)氣溶膠與云（霧）及降水的相互作用機(jī)制；13) 以我國參與IPCC AR5的新一代氣溶膠-云-輻射氣候模式系統(tǒng)為主要手段結(jié)合區(qū)域氣候模式，更深入、準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)氣溶膠在全球和亞洲區(qū)域的間接氣候效應(yīng)；14) 評(píng)估大氣氣溶膠對(duì)區(qū)域和全球氣候的影響程度，特別是氣溶膠的直接和間接氣候效應(yīng)對(duì)亞洲季風(fēng)的影響程度，且重點(diǎn)研究氣溶膠對(duì)降水變化以及季風(fēng)覆蓋區(qū)變化的影響，并對(duì) 比氣溶膠對(duì)東亞和對(duì)印度季風(fēng)的不同影響，探索影響亞洲季風(fēng)、特別是東亞季風(fēng) 自然及人為變化的因素，并認(rèn)識(shí)亞洲季風(fēng)異常對(duì)氣溶膠重新分布的反饋?zhàn)饔茫?5) 根據(jù)IPCC給出的排放情景，通過全球和區(qū)域氣候模式，預(yù)估未來不同的排放情景下的氣候變化程度，評(píng)估氣溶膠在其中的貢獻(xiàn)；基于現(xiàn)有排放源系統(tǒng)以及開發(fā)的源評(píng)估及反算系統(tǒng)，計(jì)算不同氣候變化情景下因工業(yè)布局、新科技、人口以及其它因子變化的情況下的污染排放情況，評(píng)價(jià)氣候變化對(duì)空氣污染狀況的可能反饋；16) 不斷研究新的氣候變化談判中可能與氣溶膠有關(guān)的議題，提供系列決策咨詢報(bào)告，服務(wù)國家的氣候 變化外交活動(dòng)；17) 在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表研究論文80篇，其中在SCI收錄的刊物上達(dá)到60篇以上。三、研究方案1）學(xué)術(shù)思路本 申 請(qǐng) 擬 設(shè) 臵 6個(gè) 課 題 ，其 中 第 一 、二 、三 課 題 聚 焦 在 氣 溶 膠 -云 -輻 射 相 互 關(guān) 系的 觀 測 研 究 上 ，為 在 云 模 式 和 中 尺 度 模 式 中 （第 四 課 題 ）、在 全 球 和 區(qū) 域 氣 候 模 式 中（第 五 、六 課 題 ）形 成 和 改 進(jìn) 適 合 中 國 特 點(diǎn) 的 氣 溶 膠 -云 -輻 射 相 互 作 用 的 數(shù) 值 模 擬 提供 輸 入 ，為 第 四 課 題 模 式 輸 出 的 氣 溶 膠 及 云 微 物 理 特 性 空 間 分 布 ，為 霧 形 成 機(jī) 制 的數(shù) 值 模 擬 研 究 等 提 供 輸 入 與 檢 驗(yàn) ；第 四 課 題 最 重 要 的 研 究 是 發(fā) 展 一 個(gè) 包 含 氣 溶 膠 對(duì)云 -輻 射 -降 水 影 響 及 其 反 饋 機(jī) 制 、可 準(zhǔn) 確 模 擬 全 球 及 中 國 區(qū) 域 氣 溶 膠 時(shí) 空 分 布 變 化 ，并 能 有 效 耦 合 到 全 球 /區(qū) 域 天 氣 氣 候 模 式 （第 五 和 第 六 課 題 ）中 的 氣 溶 膠 -云 -輻 射 數(shù)值 模 擬 系 統(tǒng) 。深 入 認(rèn) 識(shí) 當(dāng) 今 中 國 地 區(qū) 氣 溶 膠 與 云 （霧 ）及 降 水 的 相 互 作 用 機(jī) 制 ，建 立霧 的 數(shù) 值 預(yù) 報(bào) 方 法 ；第 五 課 題 的 主 要 研 究 是 將 氣 溶 膠 -云 -輻 射 數(shù) 值 模 擬 系 統(tǒng) 更 新 耦合 到 中 國 氣 象 局 參 與 IPCC AR5的 全 球 氣 候 模 式 中 ，通 過 全 球 氣 候 模 式 研 究 氣 溶 膠對(duì) 云 的 改 變 導(dǎo) 致 的 氣 溶 膠 的 間 接 氣 候 效 應(yīng) ，評(píng) 估 氣 溶 膠 對(duì) 亞 洲 季 風(fēng) 的 影 響 程 度 ，并評(píng) 估 氣 溶 膠 在 未 來 氣 候 變 化 中 的 貢 獻(xiàn) ，同 時(shí) 為 第 六 課 題 區(qū) 域 氣 候 模 式 提 供 邊 界 ；第六 課 題 分 兩 個(gè) 主 要 的 部 分 ，一 是 利 用 資 料 研 究 亞 洲 季 風(fēng) 和 氣 溶 膠 各 自 的 變 化 及 相 互影 響 ，二 是 通 過 區(qū) 域 氣 候 模 式 更 詳 細(xì) 地 評(píng) 估 氣 溶 膠 對(duì) 亞 洲 季 風(fēng) 環(huán) 流 和 降 水 的 影 響 與反 饋 。同 時(shí) 結(jié) 合 第 四 課 題 預(yù) 估 在 未 來 不 同 的 氣 候 變 化 情 景 下 的 污 染 排 放 ，認(rèn) 識(shí) 氣 候變 化 對(duì) 未 來 中 國 空 氣 質(zhì) 量 的 可 能 影 響 。2）技術(shù)途徑1. 資 料 收 集收 集 過 去 幾 十 年 來 國 內(nèi) 外 的 地 面 試 驗(yàn) 觀 測 資 料 和 衛(wèi) 星 遙 感 資 料 ，特 別 是 長 期觀 測 網(wǎng) 的 數(shù) 據(jù) ，主 要 的 網(wǎng) 絡(luò) 包 括 ： EMEP、IMPROVE；收 集 、整 理 國 際 大 型 觀 測 計(jì) 劃JAMEX (A Joint Aerosol–Monsoon Experiment)，ACPC、ACE-Asia、TRACE-P、TARFOX、INDOEX、AERONET、APEX、ADEC、BSRN、GEBA和 ARM等 觀 測 期間 飛 機(jī) 、艦 船 和 地 面 上 的 觀 測 數(shù) 據(jù) 以 及 已 有 的 我 國 氣 溶 膠 、區(qū) 域 本 底 觀 測 站 氣 溶 膠觀 測 資 料 ； 收 集 IGAC，GEWEX等 研 究 計(jì) 劃 的 研 究 成 果 ；收 集MODIS、CALIPSO、CloudSat，PARASOL，AURA、MISR、ENVISAT、POLDER、TOMS、AVHRR和 GLI衛(wèi) 星 探 測 資 料 ；收 集 我 國 1961—2009年 臺(tái) 站 的 氣 象 和 氣 溶 膠 相關(guān) 的 觀 測 資 料 。2. 氣 溶 膠 理 化 、光 學(xué) 特 性 的 網(wǎng) 絡(luò) 化 觀 測依 托 中 國 氣 象 局 大 氣 成 分 觀 測 網(wǎng) （CAWNET），在 中國14個(gè)關(guān)鍵區(qū)域的38個(gè)代表 性 觀測站（ 圖 1），開 展 近 地 面 層 不 同 粒 級(jí) 氣 溶 膠 濃 度 、化 學(xué) 組 成 、氣 溶 膠 散 射 、吸收 特 性 、能 見 度 、氣 溶 膠 數(shù) 濃 度 的 連 續(xù) 、網(wǎng) 絡(luò) 化 觀 測 ，獲 得 多 粒 級(jí) 氣 溶 膠 濃 度(PM10、PM2.5、PM1)、在 7個(gè) 波 段 上 的 吸 收 特 性 、散 射 特 性 、能 見 度 、以 及 通 過 濾 紙采 樣 及 實(shí) 驗(yàn) 室 測 定 獲 得 的 六 類 七 種 氣 溶 膠 組 分 （黑 碳 、有 機(jī) 碳 、沙 塵 、硫 酸 鹽 、硝 酸。1. 。。。。。。。。14。。。。30。。。。。。。。。。鹽 、銨 鹽 及 海 鹽 氣 溶 膠 ）的 濃 度 等 ，獲 得 氣 溶 膠 各種特性及其影響在中國近底層大氣中的時(shí)空分布和變化。3. 氣 溶 膠 及 云 特 性 的 地 基 站 網(wǎng) 遙 感 、激 光 雷 達(dá) 觀 測 與 衛(wèi) 星 遙 感 -反 演依 托 由 28個(gè) CEMEL太 陽 光 度 計(jì) 組 成 的 中 國 氣 象 局 氣 溶 膠 遙 感 觀 測 網(wǎng)（CARSNET）（圖 2）、以 及 90多 個(gè) 輻 射 觀 測 站 、數(shù) 臺(tái) 激 光 雷 達(dá) ，并 以 科 技 部 2006年 立項(xiàng) 的 氣 溶 膠 973項(xiàng) 目 (2006CB403700)中 已 經(jīng) 發(fā) 展 的 有 中 國 特 色 的 地 基 遙 感 氣 溶 膠 光學(xué) 特 性 反 演 方 法 為 基 礎(chǔ) ，獲 取 我 國 氣 溶 膠 光 學(xué) 厚 度 、譜 分 布 、折 射 率 虛 部 、一 次 散 射反 照 率 、消 光 系 數(shù) 分 布 等 氣 溶 膠 關(guān) 鍵 輻 射 特 性 的 系 統(tǒng) 觀 測 資 料 。特 別 是 此 次 申 請(qǐng) 擬通 過 拉 曼 激 光 雷 達(dá) 探 索 反 演 折 射 率 虛 部 、一 次 散 射 反 照 率 等 關(guān) 鍵 氣 溶 膠 輻 射 特 性 垂直 分 布 ，同 時(shí) 利 用 CARSNET儀 器 中 紅 光 和 近 紅 外 波 段 的 ?儀 器 云 模 式 狀 態(tài) ?散 射 觀測 數(shù) 據(jù) ，探 索 獲 得 不 同 區(qū) 域 歸 一 化 云 指 數(shù) （NDCI）。利 用 聯(lián) 網(wǎng) 觀 測 獲 得 的 不 同 紅 外 窄波 段 ，根 據(jù) 衛(wèi) 星 遙 感 獲 得 的 地 表 反 照 率 ，運(yùn) 用 Rstar-4B輻 射 傳 輸 模 式 ，并 與 利 用 微 波輻 射 計(jì) 與 全 天 空 成 像 儀 、云 雷 達(dá) 獲 得 的 結(jié) 果 相 比 較 ，反 演 云 的 氣 溶 膠 光 學(xué) 厚 度 與 云滴 有 效 半 徑 、并 評(píng) 估 不 同 儀 器 反 演 結(jié) 果 之 間 的 差 異 。。2. 。28。CIMEL-318。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。CARSNET 。在 國 家 衛(wèi) 星 氣 象 中 心 自 主 開 發(fā) 的 陸 上 和 海 上 氣 溶 膠 反 演 的 成 熟 算 法 基 礎(chǔ) 上 ，利 用 風(fēng) 云 三 號(hào) 上 午 星 FY-3A和 風(fēng) 云 三 號(hào) 下 午 星 FY-3B搭 載 的 中 分 辨 率 光 譜 成 像 儀MERSI 1公 里 分 辨 率 、多 時(shí) 次 的 全 球 資 料 ，獲 取 研 究 期 間 陸 上 和 海 上 氣 溶 膠 數(shù) 據(jù) 集 。該 工 作 是 氣 溶 膠 -云 -輻 射 相 互 作 用 研 究 的 重 要 支 撐 ；在 氣 溶 膠 算 法 改 進(jìn) 方 面 ，重 點(diǎn) 引入 中 國 北 方 沙 漠 、半 干 旱 區(qū) 域 地 表 的 雙 向 反 射 實(shí) 測 資 料 ，利 用 偏 振 、多 角 度 等 信 息改 進(jìn) 中 國 區(qū) 域 高 地 表 反 照 率 上 空 氣 溶 膠 的 定 量 反 演 技 術(shù) 。研 究 并 解 決 海 陸 交 界 處 陸上 氣 溶 膠 和 海 上 氣 溶 膠 反 演 結(jié) 果 不 連 續(xù) 的 難 題 。同 時(shí) 利 用 國 家 衛(wèi) 星 氣 象 中 心 自 主 開 發(fā) 的 云 檢 測 、云 相 態(tài) 和 云 分 類 的 算 法 ，處 理風(fēng) 云 二 號(hào) 靜 止 衛(wèi) 星 、風(fēng) 云 三 號(hào) 極 軌 衛(wèi) 星 資 料 ，獲 取 研 究 期 間 大 范 圍 、高 時(shí) 次 的 云 識(shí)別 、云 相 態(tài) 和 云 分 類 數(shù) 據(jù) 集 ，特 別 是 利 用 目 前 國 際 上 最 為 先 進(jìn) 的 紅 外 高 光 譜 遙 感 技術(shù) ，并 將 NOAA極 軌 衛(wèi) 星 和 FY-2系 列 靜 止 衛(wèi) 星 結(jié) 合 ，結(jié) 合 數(shù) 值 模 式 ，探 索 云 頂 高 度較 為 準(zhǔn) 確 的 定 量 遙 感 方 法 。擬 利 用 風(fēng) 云 三 號(hào) 中 分 辨 率 光 譜 成 像 儀 MERSI和 微 波 成 像儀 MWRI的 資 料 ，聯(lián) 合 光 學(xué) 和 微 波 遙 感 的 優(yōu) 勢 ，探 索 多 個(gè) 高 度 云 光 學(xué) 厚 度 、云 中 粒子 有 效 半 徑 的 遙 感 方 法 ，光 學(xué) -微 波 -模 式 多 源 信 息 協(xié) 同 反 演 方 法 獲 得 衛(wèi) 星 遙 感 云 物理 特 性 的 觀 測 資 料 。 將 地 基 遙 感 與 衛(wèi) 星 遙 感 相 結(jié) 合 ，在 氣 溶 膠 光 學(xué) 特 性 和 與 云 微 物理 特 性 方 面 建 立 有 統(tǒng) 計(jì) 意 義 或 有 物 理 意 義 的 定 量 聯(lián) 系 。4. 高 山 站 點(diǎn) 對(duì) 氣 溶 膠 -云 相 互 作 用 的 高 空 直 接 觀 測在 大 規(guī) 模 連 續(xù) 網(wǎng) 絡(luò) 觀 測 、地 基 遙 感 、激 光 雷 達(dá) 和 衛(wèi) 星 遙 感 -反 演 聯(lián) 合 研 究 的 基 礎(chǔ)上 ，選 擇 泰 山 （海 拔 1500米 ）開 展 對(duì) 氣 溶 膠 -云 相 互 作 用 的 高 空 直 接 觀 測 。擬 利 用 掃 描電 遷 移 率 粒 徑 分 析 儀 中 的 DMA 選 定 特 定 粒 徑 段 的 粒 子 （關(guān) 注 細(xì) 顆 粒 物 30-300 nm），然 后 分 別 利 用 云 凝 結(jié) 核 計(jì) 數(shù) 器 和 凝 結(jié) 粒 子 計(jì) 數(shù) 器 ，研 究 不 同 過 飽 和 度 比 下 ，氣 溶 膠活 化 為 云 凝 結(jié) 核 的 活 化 效 率 ，并 利 用 氣 溶 膠 質(zhì) 譜 儀 、掃 描 電 遷 移 率 粒 徑 分 析 儀 開 展同 步 觀 測 ，獲 取 細(xì) 顆 粒 中 化 學(xué) 成 分 （硫 酸 鹽 、硝 酸 鹽 、銨 鹽 、有 機(jī) 物 ）的 濃 度 變 化 序 列和 化 學(xué) 成 分 的 譜 分 布 、云 凝 結(jié) 核 濃 度 等 資 料 。同 時(shí) 利 用 單 粒 子 煙 塵 光 度 計(jì) -SP2，觀測 黑 碳 氣 溶 膠 粒 子 的 數(shù) 濃 度 、質(zhì) 量 濃 度 以 及 粒 徑 分 布 ，并 同 時(shí) 觀 測 與 其 它 氣 溶 膠 混合 的 黑 碳 氣 溶 膠 粒 子 的 數(shù) 濃 度 、質(zhì) 量 濃 度 以 及 粒 徑 分 布 ，進(jìn) 一 步 分 析 混 合 型 粒 子 的時(shí) 空 分 布 、輸 送 特 性 及 其 壽 命 等 。結(jié) 合 熱 線 含 水 量 儀 （LWC），霧 滴 譜 儀 ，雨 滴 譜 儀和 微 波 輻 射 計(jì) ，以 及 氣 溶 膠 散 射 、吸 收 儀 ，太 陽 光 度 計(jì) 、能 見 度 、分 八 級(jí) 氣 溶 膠 采 樣儀 （MOUDI）等 的 同 步 觀 測 ，直 接 觀 測 到 高 空 1500 m的 不 同 粒 徑 化 學(xué) 組 成 的 氣 溶 膠 -CCN-云 （霧 ）滴 -輻 射 特 性 及 其 對(duì) 降 水 的 影 響 。并 能 夠 在 不 同 季 節(jié) 、不 同 天 氣 條 件 下對(duì) 云 的 生 消 過 程 開 展 直 接 和 長 期 的 觀 測 與 研 究 ，弄 清 氣 溶 膠 粒 子 隨 尺 度 和 組 成 變 化的 CCN活 化 特 性 ，以 及 與 云 （霧 ）滴 的 關(guān) 系 ，內(nèi) 外 混 合 的 特 征 等 。為 研 究 我 國 區(qū) 域 大氣 云 （霧 ）形 成 過 程 中 的 氣 溶 膠 作 用 提 供 重 要 的 數(shù) 據(jù) 基 礎(chǔ) 。5. 飛機(jī)對(duì)氣溶膠-云微物理特征的直接和垂直分布觀測利用項(xiàng)目申請(qǐng)單位中國氣象科學(xué)研究院已有的大量氣溶膠和云微物理結(jié)構(gòu)觀測資料，再 結(jié)合項(xiàng)目參與 單位北京人影中心，河北人影中心和山西人影中心的人工影響天氣飛機(jī)的飛行業(yè)務(wù)，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)每年超過 100 架次的飛機(jī)觀測氣溶膠、CCN 以及云的微物理特性等。當(dāng)前在中國的人影飛機(jī)中，具備云和氣溶膠分別探測的單位只有北京、河北和山西人影，以及吉林省人影 辦。吉林的氣溶膠污染程度遠(yuǎn)低于京津和華北，而北京、河北和山西人影 辦均是本項(xiàng)目申請(qǐng)的參加單位。主要是利用機(jī)載氣溶膠 質(zhì)譜(AMS)、 掃描電遷移率顆粒徑譜儀(SMPS)、云凝結(jié)核計(jì)數(shù)器和凝結(jié)粒子計(jì)數(shù)器、被動(dòng)腔體氣溶膠粒譜探測儀(PCASP) 、機(jī)載粒子測量系統(tǒng)（PMS）、 單顆粒黑碳?xì)馊苣z光度儀(SP2) 等儀器設(shè)備，觀測不同季節(jié)、不同天氣條件下，云中不同部位氣溶膠的成分、粒子譜，氣溶膠活化成 CCN 的活化性特性，以及云的各種特征參量的水平和垂直分布特征，弄清不同種類氣溶膠在不同污染程度下活化為 CCN 的活化特性；并分析氣溶膠對(duì)太陽輻射在不同高度的影響，以及不同粒徑段氣溶膠粒子對(duì)太陽輻射的影響；同時(shí)有針對(duì)性的開展多架探測飛機(jī)同時(shí)進(jìn)行的云下、云內(nèi)、云外氣溶膠、CCN 以及云滴數(shù)濃度和譜分布的同步觀測，將對(duì)比分析觀測結(jié)果，研究云體的垂直結(jié)構(gòu)、云中氣溶膠的活化率，并在我國高濃度氣溶膠區(qū)域?qū)ふ覛馊苣z與云滴數(shù)濃度的定量關(guān)系，分析氣溶膠對(duì)云體發(fā)展和生命期的影響，建立氣溶膠與云微物理量間參數(shù)化方案。組織開展一架（或多架）專門探測飛機(jī)在對(duì)流層中層（3000 米）以上不同高度的跨區(qū)域、不同季節(jié)遠(yuǎn)距離飛行探測， 研究氣溶膠遠(yuǎn)距離輸送過程中與云的聯(lián)系及可能發(fā)生的變化。6. 環(huán)境氣溶膠活化特性和單粒子懸浮實(shí)驗(yàn)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)這方面的研究要認(rèn)識(shí)的兩個(gè)具體科學(xué)問題是：實(shí)際大氣中氣溶膠活化為CCN 的活化效率是如何 變 化的？氣溶膠或者云滴的凝 結(jié)和蒸發(fā)過程如何隨大氣環(huán)境條件改變？ 為此，我 們將建立 2 個(gè)針對(duì)這 2 個(gè)問題的實(shí)驗(yàn)觀測系統(tǒng)：1）環(huán)境氣溶膠單譜活化特性的觀測系統(tǒng)，由氣溶膠進(jìn)氣系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、DMA、CCNC、和 CPC 等儀器組成，通過測量 300 nm 以下粒子的活化特性，得到該地區(qū)的活化曲線， 這些 觀測結(jié)果將被用于大氣氣溶膠與云相互作用的模式研究；2）單粒子懸浮實(shí)驗(yàn)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，觀測包括氣溶膠譜、環(huán)境氣溶膠整體和單譜活化特性、霧滴譜、 污染氣體和氣溶膠化學(xué)成分、和云滴增長蒸發(fā)等微物理過程。利用電場將單個(gè)帶電 粒子懸浮在云室內(nèi)，通過改變環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度、大氣壓、痕量氣體濃度) 及粒子本身的物理化學(xué)特性(大小、成分、相 態(tài))，來研究氣溶膠粒子和云滴在不同的環(huán)境條件下的響應(yīng)。性(大小、成分、相 態(tài)) ，來研究氣溶膠粒子和云滴在不同的環(huán)境條件下的響應(yīng)。7. 二次有機(jī)氣溶膠形成與老化過程及其影響的非均相化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)擬建立用于 SOA 形成和老化過程研究的在線動(dòng)態(tài)檢測設(shè)備 ，并集成多種氣溶膠性質(zhì)檢測手段對(duì)這一問題進(jìn)行深入研究。模擬典型揮發(fā)性有機(jī)物（異戊二烯、蒎烯及其揮發(fā)性氧化產(chǎn)物）等的主要大氣化學(xué)過程（均相和非均相），對(duì)形成 SOA的化學(xué)成分、粒徑、吸濕性及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行原位在線監(jiān)測 ，并 監(jiān)測氣溶膠活化為CCN 的活化效率與上述 過 程的聯(lián)系，并探索這些過程對(duì) SOA 輻射特性的影響。8. 珠三角典型季風(fēng)區(qū)氣溶膠對(duì)亞洲季風(fēng)影響的實(shí)驗(yàn)研究依托珠三角城市群大氣成分監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、茂名市博賀海洋監(jiān)測平臺(tái)、廣東省的業(yè)務(wù)天氣監(jiān)測網(wǎng)與大氣化學(xué)實(shí)驗(yàn)室精密的大氣氣溶膠粒子譜與成分譜、長短波輻射、湍流通量、微波輻射計(jì)、雷達(dá)風(fēng)廓線、激光雷達(dá)等觀測儀器，在亞洲季風(fēng)特別是南海季風(fēng)爆發(fā)、建立、維持（活躍/非活躍期、雨期/ 非雨期）期間布點(diǎn)開展野外綜合觀測試驗(yàn)，同時(shí)收集華 南、珠三角常 規(guī)天氣監(jiān)測 網(wǎng)的氣象資料， 獲取一套反映珠三角季風(fēng)區(qū)氣溶膠物理/化學(xué)/光學(xué)特性、以及季風(fēng)活動(dòng)、降水、 輻射、邊界層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)資料集。通過分析研究珠三角天氣-氣候的特征、氣溶膠和亞洲季風(fēng)各自變化規(guī)律的研究，得到中國關(guān)鍵季風(fēng)區(qū)之一的珠三角大氣中氣溶膠濃度、化學(xué)組成、物理特性、關(guān)鍵光學(xué)特性的時(shí)空分布特點(diǎn)和 變化；以及相應(yīng)季風(fēng)影響期的輻射、云、降水與邊界層結(jié)構(gòu)等要素的特征。利用細(xì)粒子譜監(jiān)測儀（TSI 3936 DMA+CPC、MSP 1000XP）以及氣溶膠可溶性粒子譜監(jiān)測儀（Ambient Ion Monitor URG 9000 Series），特別設(shè)計(jì)針對(duì)核模態(tài)－積聚模態(tài)的氣溶膠粒子譜與成分譜的觀測試驗(yàn)，研究氣溶膠譜的吸濕增長特性，分析氣溶膠作為 CCN 的活化率，結(jié)合輻射以及云量觀測、衛(wèi)星遙感資料分析氣溶膠對(duì)季風(fēng)區(qū)云降水過程的影響機(jī)制。利用加強(qiáng)地基觀測資料、衛(wèi)星資料和再分析資料等多種大氣氣溶膠粒子譜、成分譜、 CCN 活化率、地表輻射與邊界層結(jié)構(gòu)等大氣成分與氣象要素耦合配套的資料集，分析亞洲季風(fēng)特 別是南海季風(fēng)爆發(fā)、建立、 維持（活躍/ 非活躍期、雨期/非雨期）期間氣溶膠、云、降水和亞洲季風(fēng)環(huán)流的時(shí)空變化特征，分析并估計(jì)不同時(shí)間尺度和空間尺度上氣溶膠-云時(shí)空變化特征對(duì)大氣加熱場的影響，特別是研究大氣加熱場的垂直結(jié)構(gòu)（如地表輻射強(qiáng)迫、邊界層結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定度）發(fā)生變化對(duì)珠三角區(qū)域季風(fēng)的發(fā)生、 強(qiáng)度、持 續(xù)時(shí)間的影響。從宏微觀上兩方面著手，第一：研究氣溶膠通過直接效應(yīng)影響輻射加熱，使大氣穩(wěn)定度改變，從而出現(xiàn)對(duì)流的異常（云的異常）；氣溶膠影響輻射加熱，改變大氣環(huán)流，使水汽輸送出現(xiàn)異常，從而水汽輻合輻散的變化將導(dǎo)致云的異常；第二：研究氣溶膠的間接效應(yīng)，研究氣溶膠影響云雨的微觀結(jié)構(gòu)與微物理過程對(duì)亞洲季風(fēng)的影響與反饋?zhàn)饔谩?. 完 善 和 更 新 自 主 研 發(fā) 中 國 氣 溶 膠 排 放 源 清 單 ，并 建 立 排 放 源 清 單 評(píng) 估 及反 演 系 統(tǒng)通過收集、整理最新的國民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、自然 環(huán)境數(shù)據(jù)等資料，建立和完善全面、可靠的資料庫，為更新排放源清單打下基礎(chǔ) 。整理、 過濾有關(guān)中國區(qū)域氣溶膠及其前體物的排放因子資料，在已有工作基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)施關(guān)鍵性的試驗(yàn)，得到中國某些典型氣溶膠及其前體物的特有排放因子。基于最新資料， 繼續(xù)發(fā)展和更新前 973 項(xiàng)目開發(fā)的具有月時(shí)間分辨率和 0.5°×0.5°空間分辨率的排放源清單。 結(jié)合氣科院氣溶膠理化數(shù)值模擬系統(tǒng)-CUACE/Aero 的使用，完善、改 進(jìn)氣溶膠排放源清單，提高排放源的時(shí)空分辨率。利用地面觀測和衛(wèi)星監(jiān)測資料，分別利用卡爾曼濾波和伴隨等方法，并與觀測對(duì)比分析，建立基于源同化技術(shù)的源反演模型，獲得具有較高時(shí)空分辨率的動(dòng)態(tài)的大氣氣溶膠及其前體物排放源清單，驗(yàn)證和完善源調(diào)查獲得的清單。在氣溶膠模式中在線計(jì)算當(dāng)前的氣溶膠及其前提物的排放強(qiáng)度，并基于現(xiàn)有排放源系統(tǒng)以及開發(fā)動(dòng)態(tài)排放源模塊，開發(fā)可計(jì)算不同氣候變化情景下因工業(yè)布局、新科技、人口以及其它因子變化的情況下的動(dòng)態(tài)排放源預(yù)估系統(tǒng)。10. 氣 科 院 雙 參 數(shù) 云 模 式 CAMS的 發(fā) 展 及 應(yīng) 用中國氣象科學(xué)研究院人影中心從 1990 年以來一直得到了自然科學(xué)基金和國家 973 項(xiàng)目的系列支持， 發(fā)展了系列三維 CAMS 對(duì)流云、層狀云和中尺度云系模式， “中國氣象科學(xué)研究院 CAMS 云分辨模式系列的研制和 應(yīng)用” 獲得 2005年度氣象局研究開發(fā)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。在 CAMS 雙參數(shù)云模式中，實(shí)現(xiàn)了預(yù)報(bào)各種水凝物比質(zhì)量和比濃度的全面雙矩量云分辨模式，包括云雨轉(zhuǎn)化、冰晶核化、繁生；凝結(jié)凝華和水汽過飽和度，雨滴凍結(jié)、雹融化等，以及 預(yù)報(bào)云滴濃度和 CCN 變化的云滴活化過程等。提出的準(zhǔn) 隱式方案解決了水物質(zhì)正定、守恒和計(jì)算穩(wěn)定。 該模式系統(tǒng)具備對(duì) 4 種對(duì)流云、 4 種三維中尺度層狀云進(jìn)行模擬的能力，較好地模擬了雹暴和山地對(duì)流云群、低 渦、冷 鋒降水等過程，并通過改進(jìn)云物理量初始化方法，能明顯改進(jìn)初始 6 小 時(shí)降水預(yù)報(bào)。在本申請(qǐng)中，還將對(duì)雙參數(shù)云物理方案進(jìn)行對(duì)比，研究改進(jìn) CAMS 雙參數(shù)云降水方案中云滴核化過程和云滴數(shù)濃度的模擬技術(shù)，研究與氣溶膠模式嵌套銜接的技術(shù)，以及在 GRAPES 中尺度模式中的有效應(yīng)用，在第四課題中實(shí)現(xiàn)與CUACE/Aero 的嵌套。并利用將中國地區(qū)云的變化與氣溶膠化學(xué)組成，以及排放、擴(kuò)散輸送、 轉(zhuǎn)化和沉降等過 程聯(lián)系起來的模式系統(tǒng)，研究不同條件下氣溶膠對(duì)云的微物理結(jié)構(gòu)的影響，研究氣溶膠通過改變云微結(jié)構(gòu)對(duì)云降水發(fā)展過程的潛熱的變化和水成物的空間分布的改變導(dǎo)致的云動(dòng)力過程的影響，評(píng)估 GCCN 對(duì)降水發(fā)展的作用等。11. 氣溶膠-云- 輻射數(shù)值模擬系統(tǒng)基于前 973 項(xiàng)目發(fā)展的氣體-氣溶膠在線耦合的氣溶膠模式系統(tǒng)（CUACE/ Aero），利用課題 1、2、3 關(guān)于氣溶膠 -CCN-云物理參數(shù)關(guān)系的地面、高山、 飛機(jī)觀測和實(shí)驗(yàn)資料，考慮中國地區(qū)氣溶膠的譜分布、 組分以及混合態(tài)特征，開 發(fā)適合中國特點(diǎn)的多組分、多尺度的氣溶膠活化參數(shù)化方案。由此活化方案計(jì)算的云滴譜將應(yīng)用于顯式的云微物理方案，并作為可預(yù)報(bào)的云微物理方案的輸入，通過發(fā)展和改進(jìn)中國氣象科學(xué)院開發(fā)的雙參數(shù)云模式-CAMS ，在 GRAPES 中實(shí)現(xiàn)CUACE/ Aero 與中國氣象科學(xué)院開發(fā)的雙參數(shù)云模式 -CAMS 的耦合，將中國地區(qū)云的變化與氣溶膠化學(xué)組成，以及排放、擴(kuò)散輸送、 轉(zhuǎn)化和沉降等過程聯(lián)系起來；并通過一些地面和衛(wèi)星觀測，矯正形成適合于中國的云降水自動(dòng)轉(zhuǎn)化方案，研究多種組分氣溶膠對(duì)不同云的微物理過程及降水的影響，特別是通過潛熱變化和水成物的空間分布改變， 導(dǎo)致的對(duì)云動(dòng)力過程的影響，評(píng)估 GCCN 對(duì)降水發(fā)展的作用等氣溶膠對(duì)降水效率的影響； 考慮非親水性氣溶膠的老化過程，以及確定與親水性氣溶膠進(jìn)行碰并和冷凝之后且為時(shí)間函數(shù)的氣溶膠混合狀態(tài)，并參考課題1和文獻(xiàn)中有關(guān)氣溶膠的內(nèi)部混合的新數(shù)據(jù)，評(píng)估某些組 分氣溶膠的內(nèi)、外部混合方案所造成的輻射效應(yīng)的不同，并與CARSNET 和衛(wèi)星所提供的觀測對(duì)比，發(fā)展氣溶膠混合狀態(tài)的參數(shù)化方案，研究區(qū)域中尺度模式（GRAPES）中氣溶膠過程－云物理－輻射方案的在線交互式完全耦合方法，實(shí)現(xiàn)由氣溶膠濃度通過輻射變溫率反饋到模式的溫度場、動(dòng)力場乃至大尺度環(huán)流的直接輻射效應(yīng)計(jì)算、以及通過影響云的微物理結(jié)構(gòu)，并通過云輻射效應(yīng)影響天氣的數(shù)值模擬及反饋。研究氣溶膠局地瞬時(shí)含量達(dá)到很高值是對(duì)云和降水的影響，評(píng)估氣溶膠直接、半直接和間接輻射效應(yīng)對(duì)較小尺度的天氣系統(tǒng)的作用及反饋。結(jié)合地面及衛(wèi)星觀測的氣溶膠一次散射反照率資料，將吸收性和散射性氣溶膠分類，通過建立的氣溶膠 -云-輻射三者在線交互式全耦合模式系統(tǒng)，尋找吸收性和散射性氣溶膠與云和降水的聯(lián)系，評(píng)價(jià)吸收和散射氣溶膠對(duì)云微物理結(jié)構(gòu)和降水不同的影響程度。繼續(xù)發(fā)展和更新前 973 開發(fā)的中國氣溶膠及其前體物排放源清單，利用地面觀測和衛(wèi)星監(jiān)測資料，分 別利用卡爾曼濾波和伴隨等方法，并與觀測對(duì)比分析，開發(fā)既可用于為現(xiàn)有模式系統(tǒng)提供排放信息，也可評(píng)估未來排放的新的排放源評(píng)估系統(tǒng)。在氣溶膠模式中在 線計(jì)算當(dāng)前的氣溶膠及其前提物的排放強(qiáng)度。基于現(xiàn)有排放源系統(tǒng)，研發(fā)的動(dòng)態(tài) 排放源模塊，開 發(fā)可計(jì) 算不同氣候變化情景下因工業(yè)布局、新科技、人口以及其它因子變化的情況下的 動(dòng)態(tài)排放源預(yù)估系統(tǒng)。本課題中新發(fā)展的氣溶膠理化數(shù)值模式系統(tǒng)-CUACE/Aero 將在線耦合到大尺度（全球或區(qū)域）氣候模式（課題 5、6）和中尺度模式(GRAPES)中，為此將評(píng)估氣溶膠模塊中與時(shí)空尺度相關(guān)的氣溶膠-云-降水方案和氣溶膠對(duì)流輸送參數(shù)化方案，最優(yōu)的方案將應(yīng)用于以上兩類模式中。將含有氣溶膠-云-輻射-降水影響機(jī)制的 CUACE/Aero 雙向耦合到中國氣象局新一代天氣模式 GRAPES 中，研發(fā)化學(xué)天氣數(shù)值同化系統(tǒng)，霧- 霾數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，研究可進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)和空氣污染預(yù)報(bào)的中國化學(xué)天氣預(yù)報(bào)方法，從氣溶膠-云相互作用的角度，探索提高霧-霾以及天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的方法。利用 CUACE/Aero 耦合的全球或區(qū)域氣候模式，研究空氣質(zhì)量對(duì)氣候變化，以及氣候 變化對(duì)未來中國空氣質(zhì)量的影響。12. 氣溶膠氣候效應(yīng)，特別是間接氣候效應(yīng)的模式研究根據(jù)科技部 2006 年立項(xiàng)的氣溶膠 973 項(xiàng)目(2006CB403700)的研究成果， 中國氣象局氣候系統(tǒng)模式 BCC_AGCM2.0.1 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與中國氣象局氣溶膠模式系統(tǒng) (CUACE/Aero) 的雙向耦合，形成了氣溶膠-輻射-氣候模式系統(tǒng)（BCC_AGCM2.0.1_CUACE/Aero）。該模式系統(tǒng)將參與 IPCC AR5 的典型數(shù)值試驗(yàn)比較研究。在新的項(xiàng)目申 請(qǐng)中，全球模式基于（BCC_AGCM2.0.1_CUACE/Aero），區(qū)域氣候模式以 RegCM3 為基礎(chǔ)，將更新嵌套第 4 課題新發(fā)展、包含氣溶膠對(duì)云-降水-輻射相互作用的氣溶膠數(shù)值模擬系統(tǒng)（CUACE/Aero-Chem），形成新的 BCC_AGCM2.0.1_CUACE/Aero-Chem 和RegCM3_CUACE/Aero-Chem,并通過分析最新的衛(wèi)星遙感資料(CloudSat 和CALIPSO)，得到對(duì)東亞和全球云結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，以此為基礎(chǔ)，改進(jìn)以云的垂直相關(guān)性為基礎(chǔ)的云產(chǎn)生器算法，建立大尺度模式中不能分辨的次網(wǎng)格云的垂直重疊和水平結(jié)構(gòu)處理方法，通過蒙特卡洛獨(dú)立氣柱近似（McICA ），來計(jì)算網(wǎng)格平均的輻射通量和加熱率，改 進(jìn)氣候模式中次網(wǎng)格云-輻射處理方案，減少云輻射反饋的不確定性。此外利用中國氣象科學(xué)院研制的雙參數(shù)云模式，和觀測部分課題獲得氣溶膠 CCN 活化率，以及云滴和進(jìn)入云的氣溶膠之間的定量聯(lián)系，在氣候模式中改進(jìn)氣溶膠-云相互作用的處理，并建立非球形氣溶膠粒子和冰云粒子輻射參數(shù)化，形成我國新一代氣溶膠-云-輻射-氣候模式系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，研究中國代表性區(qū)域氣溶膠的垂直分布特征及其對(duì)氣溶膠和云的輻射強(qiáng)迫的影響，模擬所有氣溶膠綜合的直接和間接強(qiáng)迫對(duì)全球氣候的影響，預(yù)估未來氣候變化中氣溶膠的貢獻(xiàn)程度。13. 氣 溶 膠 對(duì) 亞 洲 季 風(fēng) 影 響 程 度 研 究利用現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)診斷方法，分析地基觀測資料、 衛(wèi)星資料和再分析資料等多種氣溶膠和氣象要素觀測資料，包括：氣溶膠指數(shù)、氣溶膠光學(xué)厚度、季風(fēng)指數(shù)、溫度、云量、云的光學(xué)厚度、云滴有效半徑、降水、輻射資料和OLR等的時(shí)空變化特征等，研究氣溶膠、云和亞洲季風(fēng)之間的相互作用。即：一方面研究氣溶膠、云和亞洲季風(fēng)變化的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，另一方面 診斷大氣加熱場的時(shí)空變化，研究氣溶膠的時(shí)空分布特征與大氣加熱場之間的關(guān)聯(lián)，以及大氣加 熱場垂直結(jié)構(gòu)變化對(duì)亞洲季風(fēng)的發(fā)生、 強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間 的影響。同時(shí)在課題5和課題6中，分別利用考慮了中國特點(diǎn)氣溶膠-云過程和云輻射反饋過程的全球氣候模式和區(qū)域氣候模式，研究全球變化背景下，不同類型氣溶膠在不同混合狀態(tài)下的直接和間接輻射強(qiáng)迫及其氣候效應(yīng)。并特別通過敏感試驗(yàn)，研究氣溶膠的直接和間 接氣候效應(yīng)對(duì)亞洲季風(fēng)的影響程度，且重點(diǎn)研究氣溶膠對(duì)降水的變化以及季風(fēng)覆蓋區(qū)變化的影響。利用 診斷分析的大氣加熱場的結(jié)果，與模式輸出的大氣加熱場對(duì) 比， 綜合模式和統(tǒng)計(jì)結(jié) 果評(píng)估氣溶膠對(duì)大氣加熱場和亞洲季風(fēng)的影響及反饋。 課題6區(qū)域模式所需要的邊界由課題5的全球模式提供。 同時(shí) ，全球和區(qū)域氣候模式均根據(jù) IPCC AR5提供的情景開展未來氣候變化成度的預(yù)估，并 評(píng)估其中氣溶膠的 貢獻(xiàn)。四、年度計(jì)劃研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)第一年完成大規(guī)模氣溶膠－云立體觀測的準(zhǔn)備工作并開始獲取觀測數(shù)據(jù)；開始?xì)馊苣z－云物理過程室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作；收集最新的數(shù)據(jù)資料，更新中國區(qū)域氣溶膠排放源清單，利用反演模式對(duì)排放源清單進(jìn)行處理；發(fā)展和改進(jìn)已有的云模式；收集氣溶膠、云和亞洲季風(fēng)的相關(guān)數(shù)據(jù)資料，研究其變化特征及相互作用。1) 初步獲得對(duì)中國不同區(qū)域和珠三角典型季風(fēng)區(qū)大氣氣溶膠化學(xué)、物理和光學(xué)特性；2) 建立兩個(gè)分別針對(duì)環(huán)境氣溶膠單譜活化特性的觀測系統(tǒng)和單粒子懸浮實(shí)驗(yàn)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；3) 發(fā)展、完善、更新可 為當(dāng)前氣候和氣溶膠- 云- 輻射模式提供最新的氣溶膠及其前體物的排放源的源系統(tǒng)；4) 改進(jìn)氣候模式中適合中國特點(diǎn)的詳細(xì)云過程和云-輻射過程的合理描述；5) 通過對(duì)觀測資料的分析，獲得氣溶膠、云和亞洲季風(fēng) 的時(shí)空變化特征，以及在不同時(shí)間 尺度和空間尺度上氣溶膠-云的相互作用對(duì)亞洲季風(fēng)的影響，特別是珠三角典型季風(fēng)區(qū)高污染氣溶膠對(duì)較強(qiáng)大季風(fēng)系統(tǒng)的影響；6) 在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表研究論文25篇，其中在SCI 收錄的刊物上不少于13篇。研究內(nèi)容 預(yù) 期目標(biāo)第二年研究二次有機(jī)氣溶膠的主要化學(xué)過程，分析氣溶膠光學(xué)特性與云微物理特性的相關(guān)關(guān)系及定量聯(lián)系；進(jìn)行不同粒徑、不同化學(xué)組成氣溶膠的活化試驗(yàn)及云滴粒子的增長蒸發(fā)試驗(yàn)；改進(jìn)氣溶膠數(shù)值模擬系統(tǒng)中云－輻射－降水相互作用模塊，并形成考慮氣溶膠老化過程的環(huán)境氣溶膠混合狀態(tài)的參數(shù)化方案等；在中國參與IPCC AR5的氣候模式系統(tǒng)及區(qū)域氣候模式系統(tǒng)中嵌套耦合課題四研發(fā)的氣溶膠、云、輻射模塊，研究氣溶膠對(duì)亞洲季風(fēng)的影響與反饋。1) 獲得典型揮發(fā)性有機(jī)物形成二次有機(jī)氣溶膠(SOA)的主要化學(xué)過程（均相和非均相），以及 SOA在老化過程的變化；在氣溶膠光學(xué)特性和云微物理特性方面初步建立有統(tǒng)計(jì)或有物理意義的定量聯(lián)系；獲得氣溶膠對(duì)云微物理結(jié)構(gòu)影響的三維觀測數(shù)據(jù)，并初步分析結(jié)果；2) 在認(rèn)識(shí)氣溶膠活化為云凝結(jié)核（CCN）的活化特性隨粒徑、化學(xué)成分等的變化特征，以及不同條件下氣溶膠和云滴粒子的增長蒸發(fā)等微物理特性方面取得進(jìn)展；3) 實(shí)現(xiàn)氣溶膠-云- 輻射-降水相互作用的模擬；獲得一個(gè)可準(zhǔn)確模擬氣溶膠分布變化，并能有效耦合到全球/區(qū)域天氣氣候模式中、包含氣溶膠對(duì)云- 輻 射- 降水影響及其反饋?zhàn)饔玫臍馊苣z模式系統(tǒng)；4) 提升中國參與IPCC AR5的氣候模式系統(tǒng)對(duì)中國特點(diǎn)氣溶膠、詳細(xì)云過程和云- 輻射過程的模擬能力，形成我國新一代氣溶膠-云-輻射氣候模式系統(tǒng)；5) 通過嵌套了氣溶膠-云模式的區(qū)域氣候模式開展氣溶膠對(duì)亞洲季風(fēng)影響及反饋的初步研究；6) 在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表研究論文35篇，其中在SCI 收錄的刊物上不少于27篇。研究內(nèi)容 預(yù) 期目標(biāo)第三年繼續(xù)進(jìn)行氣溶膠－云立體大規(guī)模觀測，重點(diǎn)分析飛機(jī)和高山觀測獲得的氣溶膠和云凝結(jié)核觀測數(shù)據(jù)；通過室內(nèi)試驗(yàn)深入研究大氣氣溶膠的活化、云滴增長蒸發(fā)等微物理過程；改進(jìn)模式中的降水轉(zhuǎn)化方案，分析研究氣溶膠對(duì)降水效率的影響；評(píng)估大氣氣溶膠對(duì)區(qū)域和全球氣候的影響程度，特別是氣溶膠的直接和間接氣候效應(yīng)對(duì)亞洲季風(fēng)的影響程度，且重點(diǎn)研究氣溶膠對(duì)降水變化以及季風(fēng)覆蓋區(qū)變化的影響，并對(duì)比氣溶膠對(duì)東亞和對(duì)印度季風(fēng)的不同影響。1) 獲得不同化學(xué)組成氣溶膠活化成云凝結(jié)核（CCN）的活化率曲線，認(rèn)識(shí) 其隨氣溶膠數(shù)濃度分布，粒徑、吸濕性的變化特征；2) 深入研究大氣氣溶膠的活化、云滴增長蒸發(fā)等微物理 過程，得到不同地區(qū)CCN 活化效率特征 ；3) 在中國氣象局自主發(fā)展的中尺度天氣數(shù)值模式（GRAPES）中實(shí)現(xiàn)氣溶膠- 云 -輻射三者在 線交互式全耦合；4) 探索影響亞洲季風(fēng)、特別是東亞季風(fēng)自然及人為變化的因素，并認(rèn)識(shí)亞洲季風(fēng)異常對(duì)氣溶膠重新分布的反饋?zhàn)饔茫?) 在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表研究論文25篇，其中在SCI 收錄的刊物上不少于20篇。第四年進(jìn)一步深入分析我國不同區(qū)域氣溶膠、CCN 和云滴粒子的 時(shí)空分布特征及相互關(guān)系；利用條件控制試驗(yàn)研究各種條件下氣溶膠和云滴的微物理特征；在氣溶膠模式系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展霧－霾天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)；根據(jù)IPCC給出的排放情景，通過全球和區(qū)域氣候模式，預(yù)估未來不同的排放情景下的氣候變化程度；基于現(xiàn)有排放源系統(tǒng)以及開發(fā)的源評(píng)估及反算系統(tǒng)，計(jì)算不同氣候變化情景下因工業(yè)布局、新科技、人口以及其它因子變化的情況下的污染排放情況。1) 獲得氣溶膠、CCN和云滴粒子的時(shí)空分布特征，建立符合我國特點(diǎn)的氣溶膠與云微物理量間的參數(shù)化方案；2) 獲得不同條件下氣溶膠和云滴粒子的增長蒸發(fā)等微物理特性；3) 研發(fā)成功帶有氣溶膠數(shù)值同化的霧- 霾天氣數(shù) 值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，深入認(rèn)識(shí)當(dāng)今中國地區(qū)氣溶膠與云（霧）及降水的相互作用機(jī)制；4) 評(píng)估氣溶膠氣候變化中的貢獻(xiàn)；評(píng)價(jià)氣候變化對(duì)空氣污染狀況的可能反饋；5) 在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表研究論文25篇，其中在SCI 收錄的刊研究內(nèi)容 預(yù) 期目標(biāo)物上不少于20篇。第五年完成所有的觀測、測試、數(shù)據(jù)分析及模式研究內(nèi)容，歸納、總結(jié)研究成果。1) 不斷研究新的氣候變化談判中可能與氣溶膠有關(guān)的議題，提供系列決策咨詢報(bào)告，服務(wù) 國家的氣候變化外交活動(dòng)；2) 在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表研究論文30篇，其中在SCI 收錄的刊物上不少于20篇。一、研究內(nèi)容1）擬在大規(guī)模、長期的氣溶膠物理-化學(xué)-光學(xué)特性網(wǎng)絡(luò)化觀測的基礎(chǔ)上，開展由地基、高山站、飛機(jī)、 衛(wèi)星遙感、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分析和典型季風(fēng)區(qū)觀測與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的氣溶膠-云相互作用的研究，為氣溶膠-云-輻射數(shù)值模擬系統(tǒng)提供輸入與檢驗(yàn)； 2）同時(shí)將觀測與深入的數(shù)值模擬相結(jié)合，在自主研發(fā)和更新的氣溶膠排放源清單的支持下，發(fā)展一個(gè)包含氣溶膠 對(duì)云-輻射-降水影響及其反饋機(jī)制、可準(zhǔn)確模擬全球及中國區(qū)域氣溶膠時(shí)空分布變化，并能有效耦合到全球/區(qū)域天氣氣候模式中的氣溶膠-云-輻射數(shù)值模擬系統(tǒng)。深入認(rèn)識(shí)當(dāng)今中國地區(qū)氣溶膠與云（霧）及降水的相互作用機(jī)制，研究霧的數(shù)值預(yù)報(bào)方法，結(jié)合本申請(qǐng)團(tuán)隊(duì)上一 973項(xiàng)目研發(fā)的區(qū)域性霾天氣的數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，形成區(qū)域性霧-霾天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)； 3）將氣溶膠-云- 輻射數(shù)值模擬系統(tǒng)更新耦合到中國氣象局參與 IPCC AR5的全球氣候模式中，研究氣溶膠對(duì)云的改變導(dǎo)致的氣溶膠間接氣候效應(yīng)，通過全球模式研究氣溶膠對(duì)亞洲季風(fēng)的影響程度，并評(píng)估氣溶膠在未來氣候變化中的貢獻(xiàn)；4）通過對(duì)觀測資料的分析，獲得氣溶膠、云和 亞洲季風(fēng)的時(shí)空變化特征，并研究不同時(shí)間尺度和空間尺度上氣溶膠-云的相互作用對(duì)亞洲季風(fēng)的影響。利用全球模式提供的邊界場，并通 過耦合了氣溶膠-云-輻射數(shù)值模擬系統(tǒng)的區(qū)域氣候模式，評(píng) 估氣溶膠的直接和 間接氣候效應(yīng)對(duì)亞洲季風(fēng)的影響程度，研究氣溶膠與亞洲季風(fēng)相互作用的機(jī)制。 評(píng)估在未來氣候變化中氣溶膠的作用。并預(yù)估在未來不同的氣候變化情景下的污染排放，認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)未來中國空氣質(zhì)量的可能影響。