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1、项目名称：气溶胶-云云-辐射射反馈过过程及其其与亚洲洲季风相相互作用用的研究究首席科学家家：张小曳 中中国气象象科学研研究院起止年限：2011.1至220155.8依托部门：中国气象局局二、预期目目标总体目标:提高我们对对于气溶溶胶-云云相互作作用这个个当今气气候变化化和云降降水研究究中最不不确定问问题的理理解，研研究我国国气溶胶胶-区域域性大气气污染对对天气和和气候（特特别是亚亚洲季风风）的影影响程度度。发展一一个包含含气溶胶胶对云-辐射-降水影影响及其其反馈机机制、可可准确模模拟气溶溶胶时空空分布变变化，并并能有效效耦合到到全球/区域天天气气候候模式中中气溶胶胶理化数数值模式式系统，建建立
2、雾的的数值预预报方法法，并研研究空气气污染对对天气预预报的影影响，特特别是对对云和降降水预报报的影响响；提升升我国参参与IPPCC第第五次评评估报告告的气候候系统模模式模拟拟中国特特点气溶溶胶、详细云云过程和和云辐射射过程的的能力，形成我国新一代气溶胶-云-辐射气候模式系统。更深入、准确地认识气溶胶的间接气候效应、气溶胶对云和降水的影响，对亚洲季风的影响程度，以及对未来气候变化的影响程度。为回答气溶胶是否应像温室气体一样纳入减排、稳定气候与控制污染之间的关系等气候变化议题中的敏感问题、为我国天气预报和气候预估准确率的提高、为污染控制的宏观决策等提供系统、独立的科学支撑。实现我国大大气气溶溶胶及
3、其其天气-气候影影响方面面的研究究与国家家的应对气候候变化、预预报服务务需求的的无缝隙隙连接。不仅将在气溶胶-天气气候变化这一国际研究的热点领域不断作出中国科学家具有国际水平的系统、独立的研究成果，还将在提高预报能力、更好地预估未来气候变化和控制区域大气污染，以及为国家气候变化外交这些重要国家需求方面，不断发挥作用。锻炼和形成一批活跃在国际大气科学热点领域的中青年科学家群体，五年中要争取再有2-3人进入国际学术组织任职，扩大我国在此领域的骨干研究队伍规模，提高我国在该领域的整体研究水平。五年预期目目标:前2年目标标：1) 获得对中国国不同区区域和珠珠三角典典型季风风区大气气气溶胶胶化学、物物理
4、和光光学特性性，以及及典型挥挥发性有有机物形形成二次次有机气气溶胶(SOAA)的主主要化学学过程（均均相和非非均相），以以及SOOA在老老化过程程的变化化；并在在气溶胶胶光学特特性和云云微物理理特性方方面初步步建立有有统计或或有物理理意义的的定量联联系；获获得气溶溶胶对云云微物理理结构影影响的三三维观测测数据，并并初步分分析结果果；2) 建立两个分分别针对对环境气气溶胶单单谱活化化特性的的观测系系统和单单粒子悬悬浮实验验的室内内实验系系统，在在认识气气溶胶活活化为云云凝结核核（CCCN）的的活化特特性随粒粒径、化化学成分分等的变变化特征征，以及及不同条条件下气气溶胶和和云滴粒粒子的增增长蒸发发
5、等微物物理特性性方面取取得进展展；3) 发展、完善善、更新新自主开开发的中中国区域域气溶胶胶及其前前体物排排放源清清单，并并利用反反演模式式，研发发可为当当前气候候和气溶溶胶-云云-辐射射模式提提供最新新的气溶溶胶及其其前体物物的排放放源的源源系统；4) 在发展的气气体-气气溶胶在在线耦合合气溶胶胶模式（CCUACCE/ Aerro）中中实现气气溶胶-云-辐辐射-降降水相互互作用的的模拟；并形成成考虑气气溶胶老老化过程程的环境境气溶胶胶混合状状态的参参数化方方案等；获得一一个可准准确模拟拟气溶胶胶分布变变化，并并能有效效耦合到到全球/区域天天气气候候模式中中、包含含气溶胶胶对云-辐射-降水影影
6、响及其其反馈作作用的气气溶胶模模式系统统；5) 改进气候模模式中适适合中国国特点的的详细云云过程和和云-辐辐射过程程的合理理描述，改改进气候候模式中中非球形形气溶胶胶和冰云云的辐射射参数化化方案；6) 提升中国参参与IPPCC AR55的气候候模式系系统对中中国特点点气溶胶胶、详细细云过程程和云-辐射过过程的模模拟能力力，形成成我国新新一代气气溶胶-云-辐辐射气候候模式系系统，7) 通过对观测测资料的的分析，获获得气溶溶胶、云云和亚洲洲季风的的时空变变化特征征，以及及在不同同时间尺尺度和空空间尺度度上气溶溶胶-云云的相互互作用对对亚洲季季风的影影响，特特别是珠珠三角典典型季风风区高污污染气溶溶
7、胶对较较强大季季风系统统的影响响；通过过嵌套了了气溶胶胶-云模模式的区区域气候候模式开开展气溶溶胶对亚亚洲季风风影响及及反馈的的初步研研究；8) 在国内外核核心刊物物上发表表研究论论文600篇，其其中在SSCI收收录的刊刊物上达达到400篇以上上。后3年目标标：9) 获得不同化化学组成成气溶胶胶活化成成云凝结结核（CCCN）的的活化率率曲线，认认识其随随气溶胶胶数浓度度分布，粒粒径、吸吸湿性的的变化特特征；获获得气溶溶胶、CCCN和和云滴粒粒子的时时空分布布特征，建建立符合合我国特特点的气气溶胶与与云微物物理量间间的参数数化方案案；10) 深入研究大大气气溶溶胶的活活化、云云滴增长长蒸发等等微
8、物理理过程，得得到不同同地区CCCN活活化效率率特征，以以及不同同条件下下气溶胶胶和云滴滴粒子的的增长蒸蒸发等微微物理特特性；11) 改进新的气气溶胶-云-辐辐射数值值模式系系统（CCUACCE/ Aerro-CChemm）中降降水转化化的方案案， 分分析研究究气溶胶胶对降水水效率的的影响。在在中国气气象局自自主发展展的中尺尺度天气气数值模模式（GGRAPPES）中中实现气气溶胶-云-辐辐射三者者在线交交互式全全耦合，并并测试能能够业务务运行的的区域性性雾-霾霾天气数数值预报报系统；12) 研发成功带带有气溶溶胶数值值同化的的雾-霾霾天气数数值预报报系统，深深入认识识当今中中国地区区气溶胶胶与
9、云（雾雾）及降降水的相相互作用用机制；13) 以我国参与与IPCCC AAR5的的新一代代气溶胶胶-云-辐射气气候模式式系统为为主要手手段结合合区域气气候模式式，更深深入、准准确地认认识气溶溶胶在全全球和亚亚洲区域域的间接接气候效效应；14) 评估大气气气溶胶对对区域和和全球气气候的影影响程度度，特别别是气溶溶胶的直直接和间间接气候候效应对对亚洲季季风的影影响程度度，且重重点研究究气溶胶胶对降水水变化以以及季风风覆盖区区变化的的影响，并并对比气气溶胶对对东亚和和对印度度季风的的不同影影响，探探索影响响亚洲季季风、特特别是东东亚季风风自然及及人为变变化的因因素，并并认识亚亚洲季风风异常对对气溶胶
10、胶重新分分布的反反馈作用用；15) 根据IPCCC给出出的排放放情景，通通过全球球和区域域气候模模式，预预估未来来不同的的排放情情景下的的气候变变化程度度，评估估气溶胶胶在其中中的贡献献；基于于现有排排放源系系统以及及开发的的源评估估及反算算系统，计计算不同同气候变变化情景景下因工工业布局局、新科科技、人人口以及及其它因因子变化化的情况况下的污污染排放放情况，评评价气候候变化对对空气污污染状况况的可能能反馈；16) 不断研究新新的气候候变化谈谈判中可可能与气气溶胶有有关的议议题，提提供系列列决策咨咨询报告告，服务务国家的的气候变变化外交交活动；17) 在国内外核核心刊物物上发表表研究论论文80
11、0篇，其其中在SSCI收收录的刊刊物上达达到600篇以上上。三、研究方方案1）学术思思路本申请拟设设臵6个个课题，其其中第一一、二、三三课题聚聚焦在气气溶胶-云-辐辐射相互互关系的的观测研研究上，为为在云模模式和中中尺度模模式中（第第四课题题）、在在全球和和区域气气候模式式中（第第五、六六课题）形形成和改改进适合合中国特特点的气气溶胶-云-辐辐射相互互作用的的数值模模拟提供供输入，为为第四课课题模式式输出的的气溶胶胶及云微微物理特特性空间间分布，为为雾形成成机制的的数值模模拟研究究等提供供输入与与检验；第四课课题最重重要的研研究是发发展一个个包含气气溶胶对对云-辐辐射-降降水影响响及其反反馈机
12、制制、可准准确模拟拟全球及及中国区区域气溶溶胶时空空分布变变化，并并能有效效耦合到到全球/区域天天气气候候模式（第第五和第第六课题题）中的的气溶胶胶-云-辐射数数值模拟拟系统。深深入认识识当今中中国地区区气溶胶胶与云（雾雾）及降降水的相相互作用用机制，建建立雾的的数值预预报方法法；第五五课题的的主要研研究是将将气溶胶胶-云-辐射数数值模拟拟系统更更新耦合合到中国国气象局局参与IIPCCC ARR5的全全球气候候模式中中，通过过全球气气候模式式研究气气溶胶对对云的改改变导致致的气溶溶胶的间间接气候候效应，评评估气溶溶胶对亚亚洲季风风的影响响程度，并并评估气气溶胶在在未来气气候变化化中的贡贡献，同
13、同时为第第六课题题区域气气候模式式提供边边界；第第六课题题分两个个主要的的部分，一一是利用用资料研研究亚洲洲季风和和气溶胶胶各自的的变化及及相互影影响，二二是通过过区域气气候模式式更详细细地评估估气溶胶胶对亚洲洲季风环环流和降降水的影影响与反反馈。同同时结合合第四课课题预估估在未来来不同的的气候变变化情景景下的污污染排放放，认识识气候变变化对未未来中国国空气质质量的可可能影响响。2）技术途途径1. 资料收集收集过去几几十年来来国内外外的地面面试验观观测资料料和卫星星遥感资资料，特特别是长长期观测测网的数数据，主主要的网网络包括括： EEMEPP、IMMPROOVE；收集、整整理国际际大型观观测
14、计划划JAMMEX (A Joiint AerrosoolMonnsooon EExpeerimmentt)，AACPCC、ACCE-AAsiaa、TRRACEE-P、TTARFFOX、IINDOOEX、AAEROONETT、APPEX、AADECC、BSSRN、GGEBAA和ARRM等观观测期间间飞机、舰舰船和地地面上的的观测数数据以及及已有的的我国气气溶胶、区区域本底底观测站站气溶胶胶观测资资料； 收集IIGACC，GEEWEXX等研究究计划的的研究成成果；收收集MOODISS、CAALIPPSO、CClouudSaat，PPARAASOLL，AUURA、MMISRR、ENNVISSAT、
15、PPOLDDER、TTOMSS、AVVHRRR和GLLI卫星星探测资资料；收收集我国国1966120009年台台站的气气象和气气溶胶相相关的观观测资料料。2. 气溶胶理化化、光学学特性的的网络化化观测依托中国气气象局大大气成分分观测网网（CAAWNEET），在在中国114个关关键区域域的388个代表表性观测测站（图图1），开展近近地面层层不同粒粒级气溶溶胶浓度度、化学学组成、气气溶胶散散射、吸吸收特性性、能见见度、气气溶胶数数浓度的的连续、网网络化观观测，获获得多粒粒级气溶溶胶浓度度(PMM10、PPM2.5、PPM1)、在7个波段上的的吸收特特性、散散射特性性、能见见度、以以及通过过滤纸采采
16、样及实实验室测测定获得得的六类七种气溶溶胶组分分（黑碳、有有机碳、沙沙尘、硫硫酸盐、硝硝酸盐、铵盐及海海盐气溶溶胶）的的浓度等等，获得得气溶胶胶各种特特性及其其影响在在中国近近底层大大气中的的时空分分布和变变化。3. 气溶胶及云云特性的的地基站站网遥感感、激光光雷达观观测与卫卫星遥感感-反演演依托由288个CEEMELL太阳光光度计组组成的中中国气象象局气溶溶胶遥感感观测网网（CAARSNNET）（图图2）、以以及900多个辐辐射观测测站、数数台激光光雷达，并并以科技技部20006年年立项的的气溶胶胶9733项目(20006CBB40337000)中已已经发展展的有中中国特色色的地基基遥感气气
17、溶胶光光学特性性反演方方法为基基础，获获取我国国气溶胶胶光学厚厚度、谱谱分布、折折射率虚虚部、一一次散射射反照率率、消光光系数分分布等气气溶胶关关键辐射射特性的的系统观观测资料料。特别别是此次次申请拟拟通过拉拉曼激光光雷达探探索反演演折射率率虚部、一一次散射射反照率率等关键键气溶胶胶辐射特特性垂直直分布，同同时利用用CARRSNEET仪器器中红光光和近红红外波段段 的仪器云云模式状状态散射观观测数据据，探索索获得不不同区域域归一化化云指数数（NDDCI）。利利用联网网观测获获得的不不同红外外窄波段段，根据据卫星遥遥感获得得的地表表反照率率，运用用Rsttar-4B辐辐射传输输模式，并并与利用用
18、微波辐辐射计与与全天空空成像仪仪、云雷雷达获得得的结果果相比较较，反演演云的气气溶胶光光学厚度度与云滴滴有效半半径、并并评估不不同仪器器反演结结果之间间的差异异。在国家卫星星气象中中心自主主开发的的陆上和和海上气气溶胶反反演的成成熟算法法基础上上，利用用风云三三号上午午星FYY-3AA和风云云三号下下午星FFY-33B搭载载的中分分辨率光光谱成像像仪MEERSII 1公公里分辨辨率、多多时次的的全球资资料，获获取研究究期间陆陆上和海海上气溶溶胶数据据集。该该工作是是气溶胶胶-云-辐射相相互作用用研究的的重要支支撑；在在气溶胶胶算法改改进方面面，重点点引入中中国北方方沙漠、半半干旱区区域地表表的
19、双向向反射实实测资料料，利用用偏振、多多角度等等信息改改进中国国区域高高地表反反照率上上空气溶溶胶的定定量反演演技术。研研究并解解决海陆陆交界处处陆上气气溶胶和和海上气气溶胶反反演结果果不连续续的难题题。同时利用国国家卫星星气象中中心自主主开发的的云检测测、云相相态和云云分类的的算法，处处理风云云二号静静止卫星星、风云云三号极极轨卫星星资料，获获取研究究期间大大范围、高高时次的的云识别别、云相相态和云云分类数数据集，特特别是利利用目前前国际上上最为先先进的红红外高光光谱遥感感技术，并并将NOOAA极极轨卫星星和FYY-2系系列静止止卫星结结合，结结合数值值模式，探探索云顶顶高度较较为准确确的定
20、量量遥感方方法。拟拟利用风风云三号号中分辨辨率光谱谱成像仪仪MERRSI和和微波成成像仪MMWRII的资料料，联合合光学和和微波遥遥感的优优势，探探索多个个高度云云光学厚厚度、云云中粒子子有效半半径的遥遥感方法法，光学学-微波波-模式式多源信信息协同同反演方方法获得得卫星遥遥感云物物理特性性的观测测资料。 将地基基遥感与与卫星遥遥感相结结合，在在气溶胶胶光学特特性和与与云微物物理特性性方面建建立有统统计意义义或有物物理意义义的定量量联系。4. 高山站点对对气溶胶胶-云相相互作用用的高空空直接观测测在大规模连连续网络络观测、地地基遥感感、激光光雷达和和卫星遥遥感-反反演联合合研究的的基础上上，选
21、择择泰山（海海拔15500米米）开展展对气溶溶胶-云云相互作作用的高高空直接接观测。拟拟利用扫扫描电迁迁移率粒粒径分析析仪中的的DMAA 选定定特定粒粒径段的的粒子（关关注细颗颗粒物330-3300 nm），然然后分别别利用云云凝结核核计数器器和凝结结粒子计计数器，研研究不同同过饱和和度比下下，气溶溶胶活化化为云凝凝结核的的活化效效率，并并利用气气溶胶质质谱仪、扫扫描电迁迁移率粒粒径分析析仪开展展同步观观测，获获取细颗颗粒中化化学成分分（硫酸酸盐、硝硝酸盐、铵铵盐、有有机物）的的浓度变变化序列列和化学学成分的的谱分布布、云凝凝结核浓浓度等资资料。同同时利用用单粒子子烟尘光光度计-SP22，观测
22、测黑碳气气溶胶粒粒子的数数浓度、质质量浓度度以及粒粒径分布布，并同同时观测测与其它它气溶胶胶混合的的黑碳气气溶胶粒粒子的数数浓度、质质量浓度度以及粒粒径分布布，进一一步分析析混合型型粒子的的时空分分布、输输送特性性及其寿寿命等。结结合热线线含水量量仪（LLWC），雾雾滴谱仪仪，雨滴滴谱仪和和微波辐辐射计，以以及气溶溶胶散射射、吸收收仪，太太阳光度度计、能能见度、分分八级气气溶胶采采样仪（MMOUDDI）等等的同步步观测，直直接观测测到高空空15000 mm的不同同粒径化化学组成成的气溶溶胶-CCCN-云（雾雾）滴-辐射特特性及其其对降水水的影响响。并能能够在不不同季节节、不同同天气条条件下对对
23、云的生生消过程程开展直直接和长长期的观观测与研研究，弄弄清气溶溶胶粒子子随尺度度和组成成变化的的CCNN活化特特性，以以及与云云（雾）滴滴的关系系，内外外混合的的特征等等。为研研究我国国区域大大气云（雾雾）形成成过程中中的气溶溶胶作用用提供重重要的数数据基础础。5. 飞机对气溶溶胶-云云微物理理特征的的直接和垂直分布布观测利用项目申申请单位位中国气气象科学学研究院院已有的大量气气溶胶和和云微物物理结构构观测资资料，再再结合项项目参与与单位北北京人影影中心，河河北人影影中心和和山西人人影中心心的人工工影响天天气飞机机的飞行业业务，有有针对性性的设计计每年超超过1000架次次的飞机机观测气气溶胶、
24、CCCN以以及云的的微物理理特性等等。当前前在中国国的人影影飞机中中，具备备云和气气溶胶分分别探测测的单位位只有北北京、河北和和山西人人影，以以及吉林林省人影影办。吉吉林的气气溶胶污污染程度度远低于于京津和和华北，而而北京、河北和和山西人人影办均均是本项项目申请请的参加加单位。主要是利用机载气溶胶质谱(AMS)、扫描电迁移率颗粒径谱仪(SMPS)、云凝结核计数器和凝结粒子计数器、被动腔体气溶胶粒谱探测仪(PCASP)、机载粒子测量系统（PMS）、单颗粒黑碳气溶胶光度仪(SP2)等仪器设备，观测不同季节、不同天气条件下，云中不同部位气溶胶的成分、粒子谱，气溶胶活化成CCN的活化性特性，以及云的各
25、种特征参量的水平和垂直分布特征，弄清不同种类气溶胶在不同污染程度下活化为CCN的活化特性；并分析气溶胶对太阳辐射在不同高度的影响，以及不同粒径段气溶胶粒子对太阳辐射的影响；同时有针对性的开展多架探测飞机同时进行的云下、云内、云外气溶胶、CCN以及云滴数浓度和谱分布的同步观测，将对比分析观测结果，研究云体的垂直结构、云中气溶胶的活化率，并在我国高浓度气溶胶区域寻找气溶胶与云滴数浓度的定量关系，分析气溶胶对云体发展和生命期的影响，建立气溶胶与云微物理量间参数化方案。组织开展一架（或多架）专门探测飞机在对流层中层（3000米）以上不同高度的跨区域、不同季节远距离飞行探测， 研究气溶胶远距离输送过程中
26、与云的联系及可能发生的变化。6. 环境气溶胶胶活化特特性和单单粒子悬悬浮实验验的室内内实验这方面的研研究要认认识的两两个具体体科学问问题是：实际大大气中气气溶胶活活化为CCCN的的活化效效率是如如何变化化的？气气溶胶或或者云滴滴的凝结结和蒸发发过程如如何随大大气环境境条件改改变？ 为此，我我们将建建立2个个针对这这2个问问题的实实验观测测系统：1）环环境气溶溶胶单谱谱活化特特性的观观测系统统，由气气溶胶进进气系统统、干燥燥系统、DDMA、CCCNCC、和CCPC等等仪器组组成，通通过测量量3000 nmm以下粒粒子的活活化特性性，得到到该地区区的活化化曲线，这这些观测测结果将将被用于于大气气气
27、溶胶与与云相互互作用的的模式研研究；22）单粒粒子悬浮浮实验的的室内实实验系统统，观测测包括气气溶胶谱谱、环境气气溶胶整整体和单单谱活化化特性、雾滴谱、污染气体和气溶胶化学成分、和云滴增长蒸发等微物理过程。利用电场将单个带电粒子悬浮在云室内，通过改变环境参数(温度、湿度、大气压、痕量气体浓度)及粒子本身的物理化学特性(大小、成分、相态)，来研究气溶胶粒子和云滴在不同的环境条件下的响应。性(大小、成分、相态)，来研究气溶胶粒子和云滴在不同的环境条件下的响应。7. 二次有机气气溶胶形形成与老老化过程程及其影影响的非非均相化化学反应应实验拟建立用于于SOAA形成和和老化过过程研究究的在线线动态检检测
28、设备备，并集集成多种种气溶胶胶性质检检测手段段对这一一问题进进行深入入研究。模模拟典型型挥发性性有机物物（异戊戊二烯、蒎蒎烯及其其挥发性性氧化产产物）等等的主要要大气化化学过程程（均相相和非均均相），对对形成SSOA的的化学成成分、粒粒径、吸吸湿性及及光学性性质进行行原位在在线监测测，并监监测气溶溶胶活化化为CCCN的活活化效率率与上述述过程的的联系，并并探索这这些过程程对SOOA辐射射特性的的影响。8. 珠三角典型型季风区区气溶胶胶对亚洲季季风影响响的实验验研究依托珠三角角城市群群大气成成分监测测网络、茂茂名市博博贺海洋洋监测平平台、广广东省的的业务天天气监测测网与大大气化学学实验室室精密的
29、的大气气气溶胶粒粒子谱与与成分谱谱、长短短波辐射射、湍流流通量、微微波辐射射计、雷雷达风廓廓线、激激光雷达达等观测测仪器，在在亚洲季季风特别别是南海海季风爆爆发、建建立、维维持（活活跃/非非活跃期期、雨期期/非雨雨期）期期间布点点开展野野外综合合观测试试验，同同时收集集华南、珠珠三角常常规天气气监测网网的气象象资料，获获取一套套反映珠珠三角季季风区气气溶胶物物理/化化学/光光学特性性、以及及季风活活动、降降水、辐辐射、边边界层结结构的基基础资料料集。通通过分析析研究珠珠三角天天气-气气候的特特征、气气溶胶和和亚洲季季风各自自变化规规律的研研究，得得到中国国关键季季风区之之一的珠珠三角大大气中气
30、气溶胶浓浓度、化化学组成成、物理理特性、关关键光学学特性的的时空分分布特点点和变化化；以及及相应季季风影响响期的辐辐射、云云、降水水与边界界层结构构等要素素的特征征。利用细粒子子谱监测测仪（TTSI 39336 DDMA+CPCC、MSSP 110000XP）以以及气溶溶胶可溶溶性粒子子谱监测测仪（AAmbiientt Ioon MMoniitorr URRG 990000 Seeriees），特特别设计计针对核核模态积聚模模态的气气溶胶粒粒子谱与与成分谱谱的观测测试验，研研究气溶溶胶谱的的吸湿增增长特性性，分析析气溶胶胶作为CCCN的的活化率率，结合合辐射以以及云量量观测、卫卫星遥感感资料分
31、分析气溶溶胶对季季风区云云降水过过程的影影响机制制。利用加强地地基观测测资料、卫卫星资料料和再分分析资料料等多种种大气气气溶胶粒粒子谱、成成分谱、CCCN活活化率、地地表辐射射与边界界层结构构等大气气成分与与气象要要素耦合合配套的的资料集集，分析析亚洲季季风特别别是南海海季风爆爆发、建建立、维维持（活活跃/非非活跃期期、雨期期/非雨雨期）期期间气溶溶胶、云云、降水水和亚洲洲季风环环流的时时空变化化特征，分分析并估估计不同同时间尺尺度和空空间尺度度上气溶溶胶-云云时空变变化特征征对大气气加热场场的影响响，特别别是研究究大气加加热场的的垂直结结构（如如地表辐辐射强迫迫、边界界层结构构与稳定定度）发
32、发生变化化对珠三三角区域域季风的的发生、强强度、持持续时间间的影响响。从宏宏微观上上两方面面着手，第第一：研研究气溶溶胶通过过直接效效应影响响辐射加加热，使使大气稳稳定度改改变，从从而出现现对流的的异常（云云的异常常）；气气溶胶影影响辐射射加热，改改变大气气环流，使使水汽输输送出现现异常，从从而水汽汽辐合辐辐散的变变化将导导致云的的异常；第二：研究气气溶胶的的间接效效应，研研究气溶溶胶影响响云雨的的微观结结构与微微物理过过程对亚亚洲季风风的影响响与反馈馈作用。9. 完善和更新新自主研研发中国国气溶胶胶排放源源清单，并并建立排排放源清清单评估估及反演演系统通过收集、整整理最新新的国民民经济统统计
33、数据据、自然然环境数数据等资资料，建建立和完完善全面面、可靠靠的资料料库，为为更新排排放源清清单打下下基础。整整理、过过滤有关关中国区区域气溶溶胶及其其前体物物的排放放因子资资料，在在已有工工作基础础上，设设计并实实施关键键性的试试验，得得到中国国某些典典型气溶溶胶及其其前体物物的特有有排放因因子。基基于最新新资料，继继续发展展和更新新前9773项目目开发的的具有月月时间分分辨率和和0.550.5空间分分辨率的的排放源源清单。结结合气科科院气溶溶胶理化化数值模模拟系统统-CUUACEE/Aeero的的使用，完完善、改改进气溶溶胶排放放源清单单，提高高排放源源的时空空分辨率率。利用用地面观观测和
34、卫卫星监测测资料，分分别利用用卡尔曼曼滤波和和伴随等等方法，并并与观测测对比分分析，建建立基于于源同化化技术的的源反演演模型，获得具具有较高高时空分分辨率的的动态的的大气气气溶胶及及其前体体物排放放源清单单，验证证和完善善源调查查获得的的清单。在气溶溶胶模式式中在线线计算当当前的气气溶胶及及其前提提物的排排放强度度，并基基于现有有排放源源系统以以及开发发动态排排放源模模块，开开发可计计算不同同气候变变化情景景下因工工业布局局、新科科技、人人口以及及其它因因子变化化的情况况下的动动态排放放源预估估系统。10. 气科院双参参数云模模式CAAMS的的发展及及应用中国气象科科学研究究院人影影中心从从1
35、9990年以以来一直直得到了了自然科科学基金金和国家家9733项目的的系列支支持，发发展了系系列三维维CAMMS对流流云、层层状云和和中尺度度云系模模式，“中国气气象科学学研究院院CAMMS云分分辨模式式系列的的研制和和应用”获得220055年度气气象局研研究开发发奖一等等奖。在在CAMMS双参参数云模模式中，实实现了预预报各种种水凝物物比质量量和比浓浓度的全全面双矩矩量云分分辨模式式，包括括云雨转转化、冰冰晶核化化、繁生生；凝结结凝华和和水汽过过饱和度度，雨滴滴冻结、雹雹融化等等，以及及预报云云滴浓度度和CCCN变化化的云滴滴活化过过程等。提提出的准准隐式方方案解决决了水物物质正定定、守恒恒
36、和计算算稳定。该该模式系系统具备备对4种种对流云云、4种种三维中中尺度层层状云进进行模拟拟的能力力，较好好地模拟拟了雹暴暴和山地地对流云云群、低低涡、冷冷锋降水水等过程程，并通通过改进进云物理理量初始始化方法法，能明明显改进进初始66小时降降水预报报。在本申请中中，还将将对双参参数云物物理方案案进行对比比，研究究改进CCAMSS双参数数云降水水方案中中云滴核核化过程程和云滴滴数浓度度的模拟拟技术，研研究与气气溶胶模模式嵌套套衔接的的技术，以及在GRAPES中尺度模式中的有效应用，在第四课题中实现与CUACE/Aero的嵌套。并利用将中国地区云的变化与气溶胶化学组成，以及排放、扩散输送、转化和沉
37、降等过程联系起来的模式系统，研究不同条件下气溶胶对云的微物理结构的影响，研究气溶胶通过改变云微结构对云降水发展过程的潜热的变化和水成物的空间分布的改变导致的云动力过程的影响，评估GCCN对降水发展的作用等。11. 气溶胶-云云-辐射射数值模模拟系统统基于前9773项目目发展的的气体-气溶胶胶在线耦耦合的气气溶胶模模式系统统（CUAACE/ Aeero），利利用课题题1、22、3关于于气溶胶胶-CCCN-云云物理参参数关系系的地面面、高山山、飞机机观测和和实验资资料，考考虑中国国地区气气溶胶的的谱分布布、组分分以及混混合态特特征，开开发适合合中国特特点的多多组分、多多尺度的的气溶胶胶活化参参数化
38、方方案。由由此活化化方案计计算的云云滴谱将将应用于于显式的云云微物理理方案，并并作为可可预报的的云微物物理方案案的输入入，通过发发展和改改进中国国气象科科学院开开发的双参参数云模模式-CCAMSS，在GGRAPPES中中实现CCUACCE/ Aerro与中中国气象象科学院院开发的双参参数云模模式-CCAMSS的耦合，将将中国地地区云的的变化与与气溶胶胶化学组组成，以以及排放放、扩散散输送、转转化和沉沉降等过过程联系系起来；并通过过一些地地面和卫卫星观测测，矫正正形成适适合于中中国的云云降水自自动转化化方案，研究多多种组分分气溶胶胶对不同同云的微微物理过过程及降降水的影影响，特特别是通通过潜热热
39、变化和和水成物物的空间间分布改改变，导导致的对对云动力力过程的的影响，评评估GCCCN对对降水发发展的作作用等气气溶胶对对降水效效率的影影响；考虑非亲水水性气溶溶胶的老老化过程程，以及及确定与与亲水性性气溶胶胶进行碰碰并和冷冷凝之后后且为时时间函数数的气溶溶胶混合合状态，并参考课题1和文献中有关气溶胶的内部混合的新数据，评估某些组分气溶胶的内、外部混合方案所造成的辐射效应的不同，并与CARSNET和卫星所提供的观测对比，发展气溶胶混合状态的参数化方案，研究区域中尺度模式（GRAPES）中气溶胶过程云物理辐射方案的在线交互式完全耦合方法，实现由气溶胶浓度通过辐射变温率反馈到模式的温度场、动力场乃
40、至大尺度环流的直接辐射效应计算、以及通过影响云的微物理结构，并通过云辐射效应影响天气的数值模拟及反馈。研究气溶胶局地瞬时含量达到很高值是对云和降水的影响，评估气溶胶直接、半直接和间接辐射效应对较小尺度的天气系统的作用及反馈。结合地面及及卫星观观测的气气溶胶一一次散射射反照率资料，将吸收收性和散散射性气气溶胶分分类，通通过建立立的气溶溶胶-云-辐射三三者在线线交互式式全耦合合模式系系统，寻寻找吸收收性和散散射性气气溶胶与与云和降降水的联联系，评评价吸收收和散射射气溶胶胶对云微微物理结结构和降降水不同同的影响响程度。继续发展和和更新前前9733开发的的中国气气溶胶及及其前体体物排放放源清单单，利用
41、用地面观观测和卫卫星监测测资料，分分别利用用卡尔曼曼滤波和和伴随等等方法，并并与观测测对比分分析，开开发既可可用于为为现有模模式系统统提供排排放信息息，也可可评估未未来排放放的新的的排放源源评估系系统。在在气溶胶胶模式中中在线计计算当前前的气溶溶胶及其其前提物物的排放放强度。基基于现有有排放源源系统，研研发的动动态排放放源模块块，开发发可计算算不同气气候变化化情景下下因工业业布局、新新科技、人人口以及及其它因因子变化化的情况况下的动动态排放放源预估估系统。本课题中新新发展的的气溶胶胶理化数数值模式式系统-CUAACE/Aerro将在在线耦合合到大尺尺度（全全球或区区域）气气候模式式（课题题5、
42、6）和中中尺度模模式(GGRAPPES)中，为为此将评评估气溶溶胶模块块中与时时空尺度度相关的的气溶胶胶-云-降水方方案和气气溶胶对对流输送送参数化化方案，最最优的方方案将应应用于以以上两类类模式中中。将含含有气溶溶胶-云云-辐射射-降水水影响机机制的CCUACCE/AAeroo双向耦耦合到中中国气象象局新一一代天气气模式GGRAPPES中中，研发发化学天天气数值值同化系系统，雾雾-霾数数值预报报系统，研究可进行天气预报和空气污染预报的中国化学天气预报方法，从气溶胶-云相互作用的角度，探索提高雾-霾以及天气预报准确率的方法。利用CUACE/Aero耦合的全球或区域气候模式，研究空气质量对气候变
43、化，以及气候变化对未来中国空气质量的影响。12. 气溶胶气候候效应，特特别是间间接气候候效应的的模式研研究根据科技部部20006年立立项的气气溶胶9973项项目(220066CB44037700)的研究究成果， 中国气气象局气气候系统统模式BBCC_AGCCM2.0.11已经实实现了与与中国气气象局气气溶胶模模式系统统 (CCUACCE/AAeroo) 的的双向耦耦合，形形成了气气溶胶-辐射-气候模模式系统统（BCCC_AGGCM22.0.1_CCUACCE/AAeroo）。该模式式系统将将参与IIPCCC ARR5的典典型数值值试验比比较研究究。在新新的项目目申请中中，全球球模式基基于（BB
44、CC_AGCCM2.0.11_CUUACEE/Aeero），区域气候模式以RegCM3为基础，将更新嵌套第4课题新发展、包含气溶胶对云-降水-辐射相互作用的气溶胶数值模拟系统（CUACE/Aero-Chem），形成新的BCC_AGCM2.0.1_CUACE/Aero-Chem和RegCM3_CUACE/Aero-Chem,并通过分析最新的卫星遥感资料(CloudSat和CALIPSO)，得到对东亚和全球云结构的进一步认识，以此为基础，改进以云的垂直相关性为基础的云产生器算法，建立大尺度模式中不能分辨的次网格云的垂直重叠和水平结构处理方法，通过蒙特卡洛独立气柱近似（McICA），来计算网格平均的
45、辐射通量和加热率，改进气候模式中次网格云-辐射处理方案，减少云辐射反馈的不确定性。此外利用中国气象科学院研制的双参数云模式，和观测部分课题获得气溶胶CCN活化率，以及云滴和进入云的气溶胶之间的定量联系，在气候模式中改进气溶胶-云相互作用的处理，并建立非球形气溶胶粒子和冰云粒子辐射参数化，形成我国新一代气溶胶-云-辐射-气候模式系统。在此基础上，研究中国代表性区域气溶胶的垂直分布特征及其对气溶胶和云的辐射强迫的影响，模拟所有气溶胶综合的直接和间接强迫对全球气候的影响，预估未来气候变化中气溶胶的贡献程度。13. 气溶胶对亚亚洲季风风影响程程度研究究利用现代统统计诊断断方法，分分析地基基观测资资料、
46、卫卫星资料料和再分分析资料料等多种种气溶胶胶和气象象要素观观测资料料，包括括：气溶溶胶指数数、气溶溶胶光学学厚度、季季风指数数、温度度、云量量、云的的光学厚厚度、云云滴有效效半径、降降水、辐辐射资料料和OLLR等的的时空变变化特征征等，研研究气溶溶胶、云云和亚洲洲季风之之间的相相互作用用。即：一方面面研究气气溶胶、云云和亚洲洲季风变变化的统统计关系系，另一一方面诊诊断大气气加热场场的时空空变化，研研究气溶溶胶的时时空分布布特征与与大气加加热场之之间的关关联，以以及大气气加热场场垂直结结构变化化对亚洲洲季风的的发生、强强度和持持续时间间的影响响。同时在课题题5和课课题6中中，分别别利用考考虑了中
47、中国特点点气溶胶胶-云过过程和云云辐射反反馈过程程的全球球气候模模式和区区域气候候模式，研研究全球球变化背背景下，不不同类型型气溶胶胶在不同同混合状状态下的的直接和和间接辐辐射强迫迫及其气气候效应应。并特特别通过过敏感试试验，研研究气溶溶胶的直直接和间间接气候候效应对对亚洲季季风的影影响程度度，且重重点研究究气溶胶胶对降水水的变化化以及季季风覆盖盖区变化化的影响响。利用用诊断分分析的大大气加热热场的结结果，与与模式输输出的大大气加热热场对比比，综合合模式和和统计结结果评估估气溶胶胶对大气气加热场场和亚洲洲季风的的影响及及反馈。课课题6区区域模式式所需要要的边界界由课题题5的全全球模式式提供。
48、同时，全全球和区区域气候候模式均均根据IIPCCC ARR5提供供的情景景开展未未来气候候变化成成度的预预估，并并评估其其中气溶溶胶的贡贡献。四、年度计计划研究内容预期目标第一年完成大规模模气溶胶胶云立立体观测测的准备备工作并并开始获获取观测测数据；开始气气溶胶云物理理过程室室内实验验的各项项准备工工作；收收集最新新的数据据资料，更更新中国国区域气气溶胶排排放源清清单，利利用反演演模式对对排放源源清单进进行处理理；发展展和改进进已有的的云模式式；收集集气溶胶胶、云和和亚洲季季风的相相关数据据资料，研研究其变变化特征征及相互互作用。1) 初步获得对对中国不不同区域域和珠三三角典型型季风区区大气气
49、气溶胶化化学、物物理和光光学特性性；2) 建立两个分分别针对对环境气气溶胶单单谱活化化特性的的观测系系统和单单粒子悬悬浮实验验的室内内实验系系统；3) 发展、完善善、更新新可为当当前气候候和气溶溶胶-云云-辐射射模式提提供最新新的气溶溶胶及其其前体物物的排放放源的源源系统；4) 改进气候模模式中适适合中国国特点的的详细云云过程和和云-辐辐射过程程的合理理描述；5) 通过对观测测资料的的分析，获获得气溶溶胶、云云和亚洲洲季风的的时空变变化特征征，以及及在不同同时间尺尺度和空空间尺度度上气溶溶胶-云云的相互互作用对对亚洲季季风的影影响，特特别是珠珠三角典典型季风风区高污污染气溶溶胶对较较强大季季风系统统的影响响；