特邀Prof.Xiquan Dong：「氣溶膠、雲、輻射和降水及其相互影響專刊」前言
特 邀
Professor Xiquan Dong：
「氣溶膠、雲、輻射和降水
及其相互影響專刊」前言
XIQUAN DONG
Professor
Hydrology and Atmospheric Sciences
University of Arizona
主要研究雲、輻射地面和空間遙感，大氣環流模式模擬全球、區域雲和輻射收支，分析全球、區域極端天氣，以及亞洲空氣污染。Dong教授是AMS，AGU和國際輻射委員會成員，多年擔任國際重要學術組織和會議（AMS、AGU、AOGS等）分會主席。Dong教授曾獲得NASA團體獎4次，並在《Nature》，《Atmospheric Chemistry and Physics》和《Journal of the atmospheric sciences》等國際知名學術期刊上發表高水平論文140餘篇，引用超過1780餘次。
氣候模式中對氣溶膠、雲、輻射和降水及其相互影響與反饋過程的處理，是長期以來預測未來任何潛在氣候變化時面臨的最大不確定性因素之一。IPCC AR5（2013）和已有的研究指出，儘管CMIP5全球氣候模式對與氣溶膠相關的過程做了大量改進，但是氣溶膠、雲、輻射及其反饋效應仍然是氣候模式中比較棘手的問題。許多研究結果都表明氣溶膠、雲、輻射與降水過程的模擬結果在全球尺度上可以和觀測數據在一定範圍內吻合，但是在區域尺度上則存在很大偏差。描述氣溶膠和雲對能量和水文循環的影響、了解氣溶膠-雲-輻射-降水過程的相互作用對改進天氣預報和氣候模式至關重要。因此目前與之相關的研究仍需要進行顯著的改進，而這需要在一定空間尺度和時間尺度上開展更先進的觀測和數值模擬研究。
雲 專 刊
《大氣科學進展》「氣溶膠、雲、輻射和降水及其相互影響」專刊邀請了多位優秀學者撰寫了11篇論文，涵蓋了廣泛的研究主題，可概括為以下三個主要研究領域：氣溶膠特性；氣溶膠效應及其影響；雲凝結核、雲和降水特性。氣溶膠特性包括Cimel太陽光度計數據反演的氣溶膠光學特性（Mai et al., 2018），基於地基遙感的細粒子氣溶膠增長速率（Zhao et al., 2018）以及MODIS衛星遙感的陸地氣溶膠光學厚度的變化趨勢（Fan et al., 2018）。氣溶膠效應和影響包括通過地面觀測研究中國地區氣溶膠的間接效應（Liu and Li, 2018），利用區域氣候模式對西非季風區氣溶膠直接和間接效應及自動轉化過程的研究（Salah et al., 2018），利用美國大平原南部（SGP）地區的DOE大氣輻射觀測（ARM）平台的地面觀測數據研究氣溶膠特性及其對CCN的影響（Logan et al., 2018）以及利用WRF模式模擬研究氣溶膠對大陸性雲的影響（Wang et al., 2018）。第三部分內容包括孟加拉灣上空的CCN研究（Chate et al., 2018），利用衛星遙感和地面觀測研究中國華北區域的雲覆蓋變化（Zhang X. et al., 2018），基於探空觀測反演雲底高度的氣候變化特徵（Zhang Y. et al., 2018）以及全球氣候模式中新的雲微物理參數化方案的應用（Xie et al., 2018）。
Mai et al.（2018）利用珠江三角洲（PRD）地區的番禺站Cimel太陽光度計7年（2006–2012）的觀測數據研究了氣溶膠光學特性及其直接輻射效應對地表輻照度的影響。研究發現旱季（十月至次年二月）90%的氣溶膠粒子以細模態強吸收性顆粒為主。地面、大氣中和大氣層頂的短波輻射強迫平均值分別為?33.4 ± 7.0，26.1 ± 5.6和?7.3 ± 2.7 W m?2。Zhao et al.（2018）利用2013年6月在北京附近的一個城市站點開展的AC3E（22次氣溶膠-雲凝結核-雲閉合試驗）試驗數據研究了細粒子氣溶膠的增長，同時探討了影響細粒子氣溶膠增長的機制。Fan et al.（2018）利用Aqua衛星上搭載的MODIS感測器觀測的氣溶膠數據開展了詳盡的分析，評估了氣溶膠光學厚度的長期變化趨勢。通過取氣溶膠自動觀測網（AERONET）觀測作為地面實況與MODIS數據進行對比，研究發現MODIS反演的變化趨勢與AERONET地面觀測一致，尤其是歐洲和北美地區二者一致性非常好，但是澳大利亞以及南美的少數站點二者之間存在顯著差異，需要引起注意。
Liu and Li（2018）利用地面觀測數據首次估算了中國東南部地區氣溶膠的間接效應，通過分析雲滴有效半徑和雲光學厚度隨氣溶膠指數的相對變化估算了不同季節和氣團類型下氣溶膠的第一間接效應。Salah et al.（2018）研究了西非季風期間非洲西部和中部地區自然和人為（如黑碳和硫酸鹽）氣溶膠的直接及間接效應，同時分析了區域氣候模式RegCM長期以來存在的濕度偏差對不同自動轉化參數化方案的敏感性，研究發現Beheng方案在西非地區降水濕度偏差降低了50%以上，在中非地區濕度偏差約降低了25%；不同的自動轉化參數化方案得到的氣溶膠輻射強迫值差異顯著（?5 至 ?25 W m?2）。Logan et al.（2018）利用美國大平原南部（SGP）地區的DOE大氣輻射觀測（ARM）平台的觀測資料研究了CCN數濃度與氣溶膠類型及其傳輸路徑的關係，其結果表明煙塵氣溶膠和水汽存在經由墨西哥灣傳輸這種共同的傳輸機制，這可以解釋SGP地區氣溶膠含量對氣團類型有很強的依賴性。Wang et al.（2018） 採用包含氣溶膠預報方程的WRF模式研究了美國大平原南部（SGP）地區的DOE大氣輻射觀測（ARM）平台2000年3月雲加強觀測試驗期間氣溶膠的微物理和輻射效應，驗證並討論了氣溶膠的微物理和半直接效應等不同方面的影響。
第三部分內容主要研究與CCN相關的雲和降水特性。Chate et al. （2018） 利用在Sagar Kanya（SK-296）船上首次觀測的CCN數據研究了在過飽和度為0.2%—1%時CCN分布的日變化特徵，觀測區域在2012年印度夏季風期間開展的大陸熱帶輻合帶試驗的區域內，覆蓋了從孟加拉灣南部至其灣頭區域；CCN的日變化呈雙峰分布：首次峰值出現在0600—0700 LST，在1200—1400 LST期間濃度值相對較低，第二次峰值出現在1800 LST左右。Zhang X. et al.（2018）詳細比較了氣象站觀測員的記錄數據和MODIS觀測的雲量數據，基於華北平原及其周邊地區11年的日間數據和7年的夜間數據，研究發現MODIS反演的雲覆蓋區與地面觀測員記錄的結果在夏季相關性較好，優於冬季；總體上MODIS反演的雲覆蓋區比地面觀測員記錄的雲量高約15%，這可能與衛星觀測視角、氣溶膠及雪蓋等因素有關。Zhang Y. et al.（2018）通過中國區域長期的探空觀測數據給出了雲底高度變化的氣候學特徵，其結果表明夏季雲底高度最高，春季和秋季次之，冬季最低。最後，Xie et al.（2018） 將包含雙參數Ar和Re並考慮雲滴譜分布相對離散的雲微物理方案應用到大氣物理研究所開發的大氣環流模式4.1（IAP AGCM 4.1）版本中，發現與原方案相比，新方案可以改善短波和長波雲輻射強迫的模擬效果；此外，儘管新方案對總降水量的影響不太明顯，但其能夠有效改善大尺度上（尤其在低緯地區）降水的模擬效果。
《大氣科學進展》雲專刊（2018年2月）所刊出的11篇論文為廣大學者進一步研究氣溶膠和雲的特性及其對輻射和降水的效應和影響提供了寶貴的地面觀測和衛星遙感數據以及模擬研究成果。
衷心感謝Jiwen FAN, Huiwen XUE, Christine CHIU, Yangang LIU, Chuanfeng ZHAO, Zhibo ZHANG, Byung-Ju SOHN, and Teruyuki NAKAJIMA等客座編輯在本專刊出版過程中提供的幫助。本工作主要由自然科學基金委（NSFC） 重點國際（地區）合作研究項目（Grant No. 41620104009）資助。
撰文：Prof. Xiquan Dong
翻譯：侯團結
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