介绍Byl
降水(包括雨、雪和冰雹)是主要的运输机制大气中的水回到地球表面。降水数量和时间/地理分布的影响主要是由大气动力学;然而,降水也受到云微物理过程与气溶胶特性有关,主要负责云滴、冰晶的形成。降水机制的变化和极端天气事件的频率(例如,洪水,干旱严重的冰/暴风雪、季风波动和飓风)重视我们星球上的生命。因此,一个合理的推断是,通过影响,化学成分,自然和人为气溶胶和分布,降水的变化对当地社区的意义可能发生。然而,定量测试的假设已经被证明是困难的。
大部分工作是多年来进行解决的问题在云和气溶胶的影响是出于渴望理解,预测自然降水的形成以及更好地支撑人工影响天气的新奇的想法,Schaefer开创性工作后在过冷冻结水的云(Schaefer 1946)。云微物理过程实现的基本科学理解那些年顺序总结了弗莱彻(1962),梅森(1971),和Pruppacher·凯尔特(1978)。许多测量和模型的基础上,出现了一个普遍的共识,一切不变,增加更多的云凝结核(CCN)云导致越来越多的云滴的形成。也观察到的巨头CCN云会导致几大云滴的形成(例如,马瑟1991)和更广泛的大小分布。浅地形云此外,最近的研究已表明淞化效率污染云比较小,导致较小的雪晶(2003年Borys et al . 2000年)。所有这些观察和相关建模研究表明声音的物理假设,在其他条件相同的情况下,particu-late污染对云的结果应该是降水的减少。
不幸的是,气溶胶浓度和沉淀的量之间的关系尚不清楚。这部分是因为微观物理学的之间的反馈,辐射和动力过程必须存在,有时会导致增强或抑制大气降水通过动态而不是云微物理气溶胶的影响。最近的例子,以支持这一命题在全球范围内可能发现Rotstayn和罗曼(2002),Rotstayn(2007),和Rotstayn et al。(2007)。同样的,气候变暖是由于温室气体(GHG)预计将增加大气中的水蒸气。全球环流模型加上mixed-ocean层模型表明,气溶胶浓度的增加导致更多的云,从而减少到达地表的太阳辐射。这减少了明智的和潜热从表面通量,从而减少降水(Liepert et al . 2004年)。换句话说,气溶胶对降水的影响可能会通过他们的影响对云辐射除了微观物理学的影响。多年来曾多次尝试解释这个连接,但结果存在着很大的差异,增加降雨,降雨的减少量,没有连接。
世界气象组织(WMO)及国际大地测量学和地球物理学联合会(IUGG)认识到这个问题的重要性,于2004年专门成立了一个小组来评估的知识和建议为未来的研究方向。这组的最终报告无法达成明确的结论,证明结果的系统减少降水粒子污染提高CCN水平(Levin和棉花2008)。
在这一章中,我们总结的三个部分的一些要点与气溶胶的影响有关云降水交互。我们不打算提供一个详尽的回顾文献,而是说明这个问题所涉及的复杂性。一开始我们讨论的问题通过分离的潜在影响气溶胶在不同类型的云。这是因为可以明显不同的影响取决于这些对流或地形,或者是否受影响的云是顺风的城市中心。以澳大利亚为例,我们探索之后的证据的复杂性和争论的降水趋势及其因果归因。最后,我们提供了一些对科学不确定性的方式在这个问题上已经反映在社区。
气溶胶对云的影响
温暖的云是那些不包含冰。测量表明,增加CCN自然或人为来源增加云滴浓度和降低云滴大小(导致第一个间接影响或“Twomey”效应)。这些想法已经证实了许多现场测量后的早期作品Squires (1958 a, b), Twomey Squires(1959),和华纳Twomey(1967),例如通过分析船舶跟踪使用卫星图像(麻省et al . 1987;Durkee et al . 2000, 2001)。
罗森菲尔德和Lensky(1998)发明了一种方法,使用卫星图像来估计云顶附近的云粒子有效半径作为温度的函数(代孕云顶高度)。他们的分析表明,气溶胶光学厚度对应的增加云滴增长放缓,因为他们的数量浓度的增加和减少的有效半径。在温暖的云缓慢增长可能导致降水发展的消除或抑制。TRMM卫星的雷达回波结合有效半径的估计在云顶被解释为表明在这些云降水减少的发展,尽管这些记录病例的小和是有争议(Ayers 2005;罗森菲尔德et al . 2006年)。
空中和地面的测量云和降水在亚马逊地区(Andreae et al . 2004年)表明,清洁大陆云与气溶胶粒子的数量相对较低,表现类似海洋云;即增长聚结发生早,随着云计算的发展迅速。另一方面,云在烟雾缭绕的氛围变得更深层次的开发与降水粒子越来越高的云。Andreae et al。(2004)认为,经济增长缓慢的下降导致冰形成更高的云层和增强的上升气流归因于增加冷凝水和合成增加潜热的释放。这种云层有时导致冰雹和闪电的形成。这些条件时更加明显发达略高于火云地区(名为pyroclouds)。在这种情况下,输入的热量和大量的烟雾粒子云的滋补,导致云高和大云粒子。但是没有证据,这些云产生或多或少雨在地上。
气溶胶对地面降水的影响对流云团
华纳和Twomey(1967)和华纳(1968)总结了甘蔗吸烟的潜在影响降雨通过观察数十年降雨记录从站,顺风这些多产的人为气溶胶的来源。尽管预期会有直接相关性增加污染和雨镇压,他们不能确切看到一个(华纳1971)。在他1971年的论文中,华纳说,“这将是惊人的,如果云粒子物理学的决定没有降雨,但是我们必须等待进一步的结果如果这是充分展现出来。”
雨增强高达30%的暖云顺风的造纸厂在华盛顿州报道了霍布斯et al . (1970)。分析同一案件中通过使用一维数值模型,几何et al。(1977)得出的结论是,从造纸厂排放巨头CCN不能自己占降雨量的观测到的大量增加,总热量的影响,水蒸气,CCN造纸厂的组合可能负责增加降水。
是有价值的,马瑟(1991;马瑟et al . 1997年)在雷达回波的混合相位对流云团影响粒子发出造纸厂在南非。他的观察导致大型现场试验使用吸湿雨增强粒子。
通过使用MODIS和TRMM卫星数据,林et al。(2006)分析了森林火灾对降水的影响在旱季在亚马逊地区。他们报道的增加在降水云的高度和气溶胶光学厚度的增加。云高度的增加导致增强冰晶的生长,最终促成更大的降水。然而,尽管这些变量之间的相关性好,他们不能明确之间建立因果关系气溶胶和云的高度或观察到的变化与降水增加。增强对流的作用归因于热从火灾和/或吸收太阳辐射的烟本身不能被排除在外。
有很多数值模拟单对流云层,表明CCN浓度增加会导致降水减少。然而,只有少数巨头CCN的输入(每窝几)就足以提高降水(例如,阴et al . 2000;出纳员和莱文2006)。出纳员和莱文(2006)表明,增加巨人CCN从1 - 10 / cm-3可以弥补减少降水数量从200 - 400 cm-3由于CCN的增加。模拟三维的晶面风暴,尘埃颗粒存在,Van der西瓦和棉花(2006)表明,巨人CCN可能影响降雨强度早期发展的风暴被允许更高的过冷水含量提高到更高层次和冻结。几小时后产生的增强CCN模拟降水少,因为冷池,这是与蒸发的水文气象,解耦的海风辐合区。因此,整体效果是肯定不是简单的允许预测。
城市污染对降雨的影响
进行了广泛的研究来解释看似反常行为的La Porte降水在印第安纳州,位于芝加哥顺风。本地记录显示一个向上转移在温暖季节降雨,雷暴、冰雹从1930年代末到1965年。令人困惑的是,这种情况下是异常出现,然后消失了。回顾观测,Changnon(1980)认为microphysi-cal效果必须扮演了一个角色,但没有一些动态和气象的影响,这种影响也不可能发生。
在1970年代,一个大型现场试验(METROMEX)是在圣路易斯,密苏里州,出于历史数据的检验,显示夏季降水增加的直接顺风区城市(图16.1)。记录显示增加降雨(10 - 17%),中雨天(11 - 23%),猛烈的暴风雨(80%)、雷雨(21%),和冰雹风暴(30%)(Changnon et al . 1971年)。在总结METROMEX Braham(1974)报道,CCN生产从城市约104 cm-2 s - 1(即。,远高于存在于周围的农村地区),伴随着云滴浓度的增加和减少
1941 1945 1949 1953 1957 1961 1965
时间埋葬的开始
1941 1945 1949 1953 1957 1961 1965
时间埋葬的开始
图16.1五年移动平均线和时间趋势森特维尔(圣路易斯的顺风)夏季降雨,1941 - 1968 (Changnon后et al . 1971年)。
图16.1五年移动平均线和时间趋势森特维尔(圣路易斯的顺风)夏季降雨,1941 - 1968 (Changnon后et al . 1971年)。
大小。然而,雷达回波的大液滴在这些云通常发生在大气中低于同行的农村环境。这似乎与我们的物理理解云增长;然而,Braham得出结论,解释观测结果的一种方法是假设市区也发出巨大的CCN,没有检测到CCN的抽样方法在使用,但是负责增加降水。
最近,Van der西瓦和棉花(2007)模拟污染对降水的影响通过风暴期间在圣路易斯地区。他们使用的热力学数据,从最近的一个特定一天普通雷暴在盛行,而气溶胶METROMEX期间获取的输入数据是基于平均实验。仿真进行了使用两种情况下:一个圣路易斯的城市没有污染和其他包含小CCN和巨型CCN的污染。模型结果显示预期的时间和空间分布的降雨变化由于污染的影响(图16.2)。初的风暴,产生的污染云重得多降水;然而,随着风暴的进展,综合大量的雨之间的差异从一开始的风暴污染-清洁情况减弱。1.5小时后,综合雨数量在整个区域的清洁情况。这项工作表明气溶胶与降水相互作用的复杂性。复杂性出现的一部分归因于这样一个事实:最初的雨清洁大气的污染,从而减少污染将进一步对降雨的影响。此外,下降气流产生的降水增强邻近的云的发展,从而增加数量在整个集成下雨
90.6°W 90.4°W 90.2°W 90.6°W 90.4°W 90.2°W
图16.2模型结果显示表面积累沉淀从clean-polluted云周围的城市圣路易斯,密苏里州。实线表示污染抑制降水;虚线代表相反的。等高线间距是5毫米从1毫米。注意雨的时空变化分布西瓦和棉花后(2007年)。
90.6°W 90.4°W 90.2°W 90.6°W 90.4°W 90.2°W
图16.2模型结果显示表面积累沉淀从clean-polluted云周围的城市圣路易斯,密苏里州。实线表示污染抑制降水;虚线代表相反的。等高线间距是5毫米从1毫米。注意雨的时空变化分布西瓦和棉花后(2007年)。
区域。Van der西瓦和棉花(2007)认为在城市污染对降水的影响很大程度上取决于背景气溶胶浓度。添加更多污染的大气污染已经对降水的影响很小。他们进一步表明,土地利用的影响(如土壤水分、释放的潜热通量,修改风应力和更多)发挥主导作用的降水异常。一个关键因素,降水响应而言,是二级对流(迫于冷池)仍然是耦合的城市土地利用驱动中尺度环流。
使用四年的观测数据来自美国国家航空航天局地球观测系统(EOS) MODIS,原位AERONET, EPA PM2.5和现场数据为一个中纬度城市(纽约)和一个亚热带城市(休斯顿),金et al。(2005)分析了日,每周、季节和年际变化的城市气溶胶重点是夏季。他们的研究显示,城市气溶胶光学深度时空动态变化结果的各种并行因素:人类活动,覆盖的变化,“相互作用和化学过程。昼夜、季节和interannu-al气溶胶光学深度检查,发现变化很大程度上受天气条件影响;然而,光学深度山峰经常在早晚高峰期间。分析每月的意思是气溶胶光学厚度和降雨量并没有显示出强烈的气候意义上的气溶胶与降水之间的关系。
在这个分析中,几乎没有观察到季节性降雨在休斯顿和纽约,表明气溶胶影响降雨量不到大规模流程(如土地利用、城市热岛效应)。在休斯顿,TRMM卫星累积降雨量数据显示,每月平均降雨量的最大值发生在2000年10月,2001年5月,2002年9月。这是符合季节在这个区域之间的过渡。一般来说,纽约环比变化的降雨量低于休斯顿最大略高于2002年10月200毫米/月。水的有效半径云在休斯顿,在纽约低于表明有气溶胶在纽约比在休斯顿,或薄云层。缺乏降雨和城市气溶胶光学厚度之间的直接关系意味着城市降雨异常不完全相关的气溶胶的变化。这个观察是一致的结论从METROMEX早些时候(阿克曼et al . 1978年)。
从上面的讨论可以看出,尽管许多测量,没有确凿证据表明来自城市地区的气溶胶污染影响降水以一致的、系统的、可重复的方式。
从地形降水云
Borys et al。(2000、2003)提供一些证据表明,污染会延迟在冬季地形云降水落基山脉。他们的分析表明,污染CCN的浓度增加,云滴,因此,导致较小的云滴的形成。减少规模下降会导致低效率的底盘,因此小冰晶(图16.3),较小的下降速度,和更少的降雪。
Givati和罗森菲尔德(2004)分析了大约100年的记录oro-graphically强迫对流降水地区位于污染源下风向和比较他们在地区降水影响这些来源。在他们的研究中,他们记录了地形降水趋势增强因子,罗依,被定义为降水之间的比率在山上的逆风,低地沉淀量(Givati和罗森菲尔德2004)。两个地理区域为本研究选择:加利福尼亚和以色列。这两个地区的地形是相似的,尽管在以色列山上远远低于内华达山脉。统计结果的两个位置显示污染源下风向,山的上坡和山顶上,地形雨分别降低了7% ~ 20%,~。这是推测,这种减少是由于液滴浓度的增加和减少液滴大小。更远的顺风山脉的背风面,降水量增加了~ 14%。Givati和罗森菲尔德推测,这是因为增加较小的云粒子花更长的时间增长,让风在空中带他们在山顶(看到早些时候的研究类似的效果,由故意over-seeding ice-producing粒子,霍布斯1975 a, b)。然而,他们推测,集成在整个降雨量山脉降低了(一个假定的但不是证实)逐步增加污染。后续研究表明类似的下降趋势在Ro几个在美国西部各州(罗森菲尔德和Givati 2006;格里菲斯et al . 2005年)和东部斜坡科罗拉多落基山脉(Jirak和棉花2006)。Givati和罗森菲尔德认为,虽然绝对降水和Ro受到波动的影响大气环流模式,比如那些与太平洋mrn很相关。
图16.3光淞化冰晶云受污染(左)与重淞化对无公害云(右)。(从Borys et al . 2003年的许可美国地球物理联盟。)
年代际振荡和南方涛动指数,这些无法解释观察到的空间变分反渗透的趋势。
最近,Alpert et al。(2008)从以色列使用地形比率方法进行重新分析数据,在撒玛利亚山站之间的比例和车站位于逆风沿着海岸,以及站在山上在西方加利利和海法附近的海滨城市。他们的研究结果显示效果相反,Givati报道和罗森菲尔德(2004、2005);即地形比实际上增加了(见图16.4)。阿尔珀特等人得出的结论是,至少在以色列,非气溶胶污染的主导因素在地形云降水数量。他们表明,通过计算Ro对车站的站在山上沿着海岸(而不是站位于城市中心的顺风,是由Givati和罗森菲尔德),有更多的情况下,Ro多年来增加而不是减少(图16.5)。可以清楚地看到,绝大多数双显示地形撒玛利亚山之间的比例的增加和海边,相反结论Givati和罗森菲尔德(2004)。Alpert et al(2008)认为进一步的地形比不是一个适当的方法来估计污染对降雨的影响。这是因为比不仅可以减少减少分子还通过增加分母。更糟的是,许多电台逆风Givati所使用的山脉和罗森菲尔德(2004、2005)是位于城市污染源或顺风,雨,实际上增加了。因此,这些电台被污染不仅影响但也被其他,可能更重要的,城市等因素影响(如城市热岛,摩擦速度的变化,
R2 x y = 0.006 + 1.088 = 0.176 p = 0.007 |
*♦♦♦♦« |
♦ |
_________________♦T ^ ___ ^ |
___ - - - -♦ |
|
- t ~ |
]♦♦♦__________♦♦_________ |
♦♦♦ |
______♦♦售予。 |
♦* * |
|
V |
|
我我我我我我我我我我我我我我 |
|
图16.4年降水量比撒玛利亚山和中央海岸之间的集群,为1952 - 1998年期间,策划的最佳路线。横坐标上的日期代表冬季(11月至4月),这是在以色列的雨季。注意地形的显著增加的趋势比(r = 0.42, p = 0.007)相比Givati和罗森菲尔德(2004)的结果。后Alpert et al。(2007)。
100.1 - 200 1200.1 - 300 300.1 -400 400.1 -500 1500.1 | -600(7我600.1 -700 700.1 -£1890 00■,-900 H 900.1 - -1.000 t.ooo。我- i.ioo |
* * |
||||||
* |
K |
||||||
* ^ |
我 |
||||||
/ * |
|||||||
图16.5之间的中部地形比率(Ro)以色列山站和那些沿着海岸和内陆。白线表示提高Ro过去五十年和黑色线表示相反。厚的线条,更大的罗依。注意,大多数Ro表明增加多年来,相比之下的报告Givati和罗森菲尔德(2004)。图基于Alpert et al。(2008)。
图16.5之间的中部地形比率(Ro)以色列山站和那些沿着海岸和内陆。白线表示提高Ro过去五十年和黑色线表示相反。厚的线条,更大的罗依。注意,大多数Ro表明增加多年来,相比之下的报告Givati和罗森菲尔德(2004)。图基于Alpert et al。(2008)。
土地利用变化)。这样的城市影响雨量增加已经被许多其他调查人员发现在许多其他地方(例如,Braham 1974;兰茨贝格1981;Goldreich 2003;Goldreich和阴间的1979)。
最近的出版物,另一个版本的地形分析提出了假设抑制降水归因于污染在中国(罗森菲尔德et al . 2007年)。本文从很少依赖于数据雨量计站附近的两个城市,一个站在山顶上。罗森菲尔德et al。(2007)得出强有力的结论对降水的抑制污染,通过可视性和降雨量之间的连接,能见度用于纸作为污染程度的指标。然而,他们的研究结果显示(图4在罗森菲尔德et al . 2007年),在相同的低能见度条件下,城市地区的降水量增加(而不是压制)多山。因此,在作者的结论相反,使用地形比Ro,不可能单独的增加归因于城市效应(包括污染在城市地区)从影响降水的因素。这加强了其中的一个点由Alpert et al(2008),和上面提到的:必须小心选择的站点用于评估地形比率。很明显,气候系统中固有的可变性和当地人口分布的变化总是会产生特定的区域(或雨量计)模式,根raybet雷竞技最新据选择的雨量计,可以产生不同的信号。此外,基于历史的简单经验相关的代理变量时间序列不能考虑气候的明显的非平稳特性已知的与人为全球变暖以及自然的年代际变化。raybet雷竞技最新需要开发新的更好的统计方法分离不同影响降水的因素。
总之,尽管污染会影响云,假设对降水的影响还不清楚。事实上,即使是云对气溶胶的影响(例如,清除的雨季期间气溶胶)几乎没有被认为是在这些相关性研究。很可能的其他因素,比如天气过程,城市影响,和中尺度动态因素,主导降水数量超过mi-crophysical过程,而不能脱离长期趋势天气变化模式由全球变暖以及其他长期气候变化的驱动程序。raybet雷竞技最新我们将深入研究这种复杂性密切观察我们所知在澳大利亚污染对降水的影响,但一个可能的案例研究,然后试着反射等更广泛的潜在影响。
复杂性在区域层面:澳大利亚
澳大利亚提供了一个有用的例子中固有的复杂性的寻找证据aerosol-induced对降水的影响。作为一个案例研究,它有独特的优势:它是一个孤立的大陆长期运输的有效免疫粒子污染从别处;这是最干燥的大陆,因此历史悠久的科学兴趣和精力大气和云物理研究相关手头的问题;它相对无人居住的(2006年约2100万)比得上它的土地面积(ca 7600000平方公里);和大多数的人口(~ 1500万,或几乎三分之二)居住只是8个城市(州和领地的首都),导致强烈的对比空气成分孤立的城市空气棚屋和巨大的清洁之间的地区。因此实验对比“干净”和“污染”条件,un-confounded通过远程跨界空气污染,有可能在澳大利亚,这将是不可能的在大多数国家在北半球(境和特维1978)。雷竞技手机版app
污染
从1950年代到1980年代,Twomey和节目花费了相当大的努力试图理解的特点和气候学CCN,凝结
(或艾特肯)核(CN),和冰核(中)在澳大利亚,和更普遍。关于CCN,特别注意的是Twomey变化的系统的、全面的调查cloud-active气溶胶在中纬度的Robertson新南威尔士。这个网站是位于西南农村地区超过100公里的mega-metropolitan地区由悉尼;这是由于西方的高度工业化炼钢伍伦贡,向东博雷的乡镇,和东南的双胞胎Mittagong和苔藓的淡水河谷的城镇。Twomey et al。(1978)表明,气团到达罗伯逊后通过在主要城市悉尼和卧龙岗平均CCN水平超过800 cm-3,气团经过Mittagong和苔藓淡水河谷的小城镇浓度平均400 - 800 cm-3,空气从博通常含有300 cm-3,和从其他气团,相对无人居住的地区展出CCN的水平只~ 150 cm-3(图16.6)。明显人为活动增强CCN水平几倍的自然,大陆背景水平,不断冒出缕缕cloud-active气溶胶徘徊在澳大利亚土地质量由城市和气象的位置。
境和特维(1978)报道了一项雄心勃勃的机载程序的结果从1974 - 1977年,映射CN的分布在整个大陆从表面高度的函数在海拔约6000米。工作强化和放大Twomey的发现:CN浓度在大陆混合中值和相对未受污染的边界层很低,680年世界标准cm-3(非常符合Twomey CCN的~ 150 cm-3干净的空气,“鉴于CCN CN)的一个子集。相比之下,CN羽毛从人口中心在浓度大大提高,与境和特维(1978)说:
粒子生产由一个较小的大都市地区在1019年代4 x 1被证明超过了估计所有的自然来源,表明人类活动产生的粒子可能经常在大陆气溶胶在澳大利亚。
图16.6风向玫瑰图CCN浓度的气团到达Robertson新南威尔士州,从1968 - 1973。复制从Twomey et al。(1978)。
粒子生产由一个较小的大都市地区在1019年代4 x 1被证明超过了估计所有的自然来源,表明人类活动产生的粒子可能经常在大陆气溶胶在澳大利亚。
图16.6风向玫瑰图CCN浓度的气团到达Robertson新南威尔士州,从1968 - 1973。复制从Twomey et al。(1978)。
境扩展他的测量来评估总粒子排放通量在澳大利亚通过开发一个方法在飞机由连续CN测量表面边界层之间的反演在固定距离顺风的来源。卷积风速测量也被飞机高度的函数,顺风羽CN横截面产生瞬间传输速率通过取样片羽,或一个瞬时排放通量”以给定的顺风距离。这种方法被应用于孤立的Mt。Isa铜和铅冶炼厂在昆士兰热带西方复杂的实验。重复空降通量测量再次证实人为气溶胶羽毛表现出极大地增强了CN和CCN浓度在自然,大陆的水平,也走了很远的路(> 600公里)。Ayers et al。(1979)和“名人老大哥et al。(1978)提供的例子柱横截面测量,加上派生fl ux估计减少了200公里。Isa但增加此后gas-to-particle转换二氧化硫的冶炼厂羽创建新粒子均匀成核。随后,卡拉格和威廉姆斯(1981)跟踪太Isa羽惊人的1800公里顺风,这时它退出了澳洲大陆在印度洋。人为活动的重要性是CCN的来源由估计的强调Ayers et al .(1979)仅太Isa CCN排放通量相当于~总数的0.1%,自然,全球排放通量CCN活跃在0.5%过饱和。
同样的方法应用到一个程序的粒子排放通量测量从一个代表在全国许多城市中心。图16.7显示了CN通量函数范围的城镇和城市的人口顺风(Ayers et al . 1982年)。理论分析曼顿和艾尔斯(1982)证实的物理合理性基本上是线性的
1000 10000 100000 1000000城市人口
图16.7凝结核通量作为人口顺风的函数的澳大利亚城镇(Ayers et al . 1982年)。
■Whyalla o卡尔古利o Isa格拉德斯通o杰拉尔顿
□卡那封Cloncurry o布鲁姆
1000 10000 100000 1000000城市人口
10000000年
图16.7凝结核通量作为人口顺风的函数的澳大利亚城镇(Ayers et al . 1982年)。
图16.8模型主要凝结核浓度的分布在500 SE澳大利亚10月21日,1998年,在当地时间16.00。源函数使用的关系如图16.6所示(Ayers et al . 1982年)卷积与人口密度网格数据库可以在1公里分辨率。的化学品运输模型用于模拟TAPM跑12公里分辨率。
图16.8模型主要凝结核浓度的分布在500 SE澳大利亚10月21日,1998年,在当地时间16.00。源函数使用的关系如图16.6所示(Ayers et al . 1982年)卷积与人口密度网格数据库可以在1公里分辨率。化学传输模式用于此模拟TAPM跑12公里分辨率。
超过三个数量级的关系明显从图16.7:flux-population关系是8 x 1013人均粒子每秒。使用这个图+网格人口密度,作为主要的代理解释变量CN人类活动排放在澳大利亚,使建模的排放各种规模的城镇在任何国家的一部分,如图16.8所示。外推到整个大陆总人口基于领导立即得出结论,在澳大利亚人为粒子总产量,~ 1021 s - 1,超过了自然粒子发射率超过一个数量级(境和特维1978)。
气溶胶和云的属性
可变性在CN和CCN的作用浓度变化的决定因素在云微物理结构冷凝层面研究了澳大利亚的实验在大陆和海洋。在这里,我们只关注大陆的例子;出于完整性的考虑,我们注意到额外的工作并联境的海洋CN研究解决澳大利亚的海洋环境逆风。海洋的一个例子是波尔人的作品et al .(1994、1998)和波尔人Krummel(1998),这两个数据在长期、系统的季节性变化CCN姆角测量(由季节性周期从南大洋甲基排放)在南大洋与机载测量云实验(SOCEX)对海洋层积云属性的逆风处角严峻。图16.9显示了非凡的协议实现之间的平均水平
0123456789 10 11 12个月
图16.9测量(SOCEX)夏季(1月)和冬季(6月)平均液滴浓度和有效半径云基地附近的海洋层积云逆风角严峻,塔斯马尼亚州,相比之下季节性周期使用显式云模型建模和观察到的月度意味着CCN浓度测量角严峻(1998年波尔人et al . 1994年)。
夏季和冬季云滴浓度略高于云基地和云滴浓度预测模型与显式CCN-droplet大小依赖。在这里,我们考虑三个大陆详细例子。
从甘蔗火灾烟雾的影响
华纳和Twomey(1967)提出了subcloud CCN和云滴浓度数据略高于在空中凝结水平调查,顺风的大规模甘蔗火灾东北昆士兰州(删除树叶燃烧之前收获当时正常的练习)。他们的数据已经改建在图16.10中,展示一个清晰的
200”
0 200 400 600 800 1000 1200
浓度计算从CCN (cm-3)
图16.10 subcloud CCN浓度和云滴浓度之间的关系测量云基地附近逆风和顺风的甘蔗火灾在东北昆士兰州(华纳和Twomey 1967)。
-
- •-建模(CCN)测量(SOCEX)
下面CCN数量之间的关系和云滴浓度高于云基地。
太的影响。羽Isa铜冶炼厂
类似的结果在研究56公里顺风太Isa的云滴大小的分布是决定不少略高于冷凝水平积云生长在气团内外的硫酸盐气溶胶羽太复杂的Isa冶炼厂。图16.11,重新从艾尔斯(1981),描绘了云滴谱测量两组云在3月5日和6日,1977年。显然明显是海拔在云滴数与所指出的华纳和Twomey smoke-affected云顺风的甘蔗火灾,加上相应的云滴大小必须伴随浓度增加,假设一切(例如,水含量,大气温度和湿度资料和天气条件)是相同的。
阿德莱德羽流的影响
应用程序由罗森菲尔德和Lensky罗森菲尔德(2000)(1998)算法来遥感云场记录在阿德莱德在8月12日,1997年,显示明显的证据“污染”跟踪云顺风阿德莱德城市和附近的农村。这些污染足迹出现高浓度/有效半径扩大地区液滴在云。这个模式中,使用遥感技术观察到,确认传播CN羽毛的进化了顺风澳大利亚阿德莱德和其他城市的反感和特维(1978),Ayers et al .(1979、1982),和曼顿和艾尔斯(1982)。城市之间的显式连接
1000 -
100 -
JD - 1
■在柱-柱外
Lr h
直径20 40 60 80 100 120 (| jm)
1000年
——在羽
——羽外
直径20 40 60 80 100 120 (jm)
图16.11液滴分布测量接近云基地晴天积云附近太Isa内外生长在空气的羽太Isa铜冶炼厂(Ayers 1981)。上图:1977年3月5日;底部:1977年3月6日。
多产的气溶胶来源和合成增加云滴数或减少在云滴大小提供了一个现代的华纳的早期作品,再确认Twomey, Ayers在东北昆士兰州和Isa。
降水抑制
前面的小节提供令人信服的证据表明,即使在一个相对无人居住的大陆,如澳大利亚、人为气溶胶主导气溶胶数浓度,而这些气溶胶混合成云,它们影响预期的云微物理属性方面:增加云滴浓度和数量减少液滴有效半径。虽然这显然有可能通过影响大气辐射传输的影响云的反照率,预示着Twomey(1977),它并不是所谓的“第一间接效应”(2001年联合国政府间气候变化专门委员会)是重点,而随后的效果,如果有的话,降水的形成。
大家都知道,一个广泛的液滴分布与云滴的一个重要的人口(半径> 15 m ^)是必要的降水发生有效地在温暖的云(弗莱彻1962),曾假设污染云小液滴,液滴尺寸分布窄可能在雨的生产效率较低。然而,最近才“降雨抑制污染”一直声称已被证实(罗森菲尔德2000)。从经验中,我们知道无论多么清楚气溶胶对云微物理属性的影响,事实证明很难测试随后假设微观物理学的显著改变降水变化。这句话源于无能的50年历史上科学界明确证明,精心设计的,有意的人工影响天气实验基于气溶胶分散在云可以证明改变降水模式在规模高于单一的云。值得强调的是,在这个问题上要谨慎,重申一个关键句子介绍美国国家科学院的报告(2003年过时):“委员会的结论是,目前仍没有令人信服的科学证据故意人工影响天气工作的功效。”
从甘蔗火灾烟雾的影响
演示,华纳和Twomey(1967)从甘蔗生物质燃烧气溶胶火灾极大地改变了顺风云属性为华纳提供了一个天然的实验室中寻求相伴降雨量减少的证据与气溶胶污染有关。实验设计是相对简单的。华纳(1968)提供了一个分析,60年的降雨记录站的,顺风cane-growing昆士兰地区NE和寻求顺风降雨减少,反映扩大甘蔗生产的历史。华纳了谨慎的结论,这样一个数据信号似乎是显而易见的,但指出“其他因素引起的可能性的特定气候变化观测无法消除。”
基于这一有前景的结果,华纳(1971)继续进行更全面的分析,这是在1971年国际会议上提出了人工影响天气在堪培拉。然而,这更完整的分析让他修改前面的结论:“以上说或许可以解释为什么这是不可能检测增加甘蔗产量和降雨量之间的关联。然而,我们必须得出这样的结论:目前研究没有提供支持的想法协会发现甘蔗火灾与降雨量之间的班是由于抑制聚结过程减少平均云滴大小。”A null result.
阿德莱德羽流的影响
与华纳仔细认为零结果,罗森菲尔德(2000)声称对长期抑制的雨和积极的证据雪的形成通过人为气溶胶顺风阿德莱德。罗森菲尔德的论文的仔细阅读,然而,表明需要谨慎。他的结论不是基于一个代表性样本,因为它是基于只有一个卫星图像的详细分析,这是一个不可思议的小“瞬时”样本到达这样一个实质性的结论关于长期时空在SE澳大利亚降雨模式。此外,有一个缺乏证据来验证任何(一个)遥感云属性,(b)模式的气溶胶污染物遥感云领域,(c)云中液态水含量的空间分布,和(d)模式的降雨在地上。所有这些因素被认为是由艾尔斯(2005),详细总结说:“在降雨的情况下抑制澳大利亚罗森菲尔德(2000)提出的,上面的分析提出了确定主要怀疑达成的结论;确实工作的结论基于可用的证据是无效的。这是由华纳(1971)几乎相同的位置达到20年前。”A rebuttal of this conclusion was subsequently published by Rosenfeld et al. (2006). However the rebuttal fails to address either the problems of detail or the two fundamental flaws evident in Rosenfeld (2000): neither (a) the experimental design used in that work nor (b) the specific day chosen for study is capable of providing a scientifically valid test of the rainfall suppression hypothesis.
降水在澳大利亚
趋势
降雨趋势在上个世纪在澳大利亚已经被很多人分析(例如,苏皮亚达和轩尼诗1998;轩尼诗et al . 1999;史密斯2004年)。所有澳大利亚的降雨量,史密斯(2004)发现了一个世纪积极的长期趋势,但差异趋势,对季节的迹象,随着高可变性,出现当数据被分解到区域范围内(苏皮亚达和轩尼诗1998;轩尼诗et al . 1999;史密斯2004年)。值得注意的是,一个广义Australia-wide长期抑制增长的人口造成的降雨,持续增加的污染排放在过去的几十年里不支持这些数据:不合逻辑争论平均降雨量抑制长期平均降雨量增加了。这也是东南地区的情况下讨论罗森菲尔德(2000)被认为是。图16.12块的平均降雨时间序列SE澳大利亚,它揭示了一个积极的趋势直到1995年,其次是大幅减少。这个形成鲜明对比,罗森菲尔德的定性声称降雨减少几十年以来,这一地区污染物排放与人口增长缓慢。 The more so, since the decline, post-1996, corresponds with the implementation of a National Environmental Protection Measure for Air (the Air NEPM) in 1998, which resulted in a stabilization of urban air quality in the decade thereafter, during which rainfall sharply declined. Evidently the recent rainfall decline cannot be ascribed a priori to a concomitant increase in level of pollution. It is equally evident that simple correlations between rainfall and assumed or implied levels of "pollution" do not provide a particularly robust test of the rainfall suppression hypothesis. This is because the inherent variability in the climate system will always yield particular regional (or rain gauge) patterns that, depending on choice of rain gauge, can be interpreted in a variety of ways (see the discussion above relating to the effects of pollution on orographic precipitation in Israel). We conclude that in the absence of comprehensive time series data constraining long-term changes w
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
图16.12长期平均降雨量澳大利亚东南部。独立的趋势线显示1900 - 1995和1996 - 2006(数据来源:澳大利亚气象局)。
1000年
1000年
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
在微观物理学的过程和CCN的环境中,不可能归因于降雨趋势作为微观物理学的驱动。
此外,由于气候变化很明显,特别是在上个世纪的后半部分导致了大气和海raybet雷竞技最新洋环流的变化,解释降雨趋势必须包括动态以及微观物理学的解释(即。,由于气候系统的非平稳特性),一个命题,我们检查下。raybet雷竞技最新
作为讨论,引入图16.13描述了绘画般的大陆降水趋势从1970年到2006年。很明显,有专业模式的改变整个非洲大陆,不显示任何大规模定性与人口中心之间的关系(因此污染物)分布。十年全国干燥趋势从1996年开始,明显在图16.13中,也可见的图片在西南,大陆南方和东部地区的大陆,在长期趋势在西北西澳大利亚热带降雨的增加。
降水趋势的解释
空间限制排除表示两个以上地区的例子。在第一个示例中,我们继续讨论降雨趋势SE澳大利亚,罗森菲尔德(2000)支持他声称的降雨抑制通过空气污染暗指一个“递减趋势的雪覆盖的雪山在1897 - 1991年期间”以及“减少”(尽管这些被承认为统计无关紧要),“雪,冬天温度和总冬季降雨。”Nicholls (2000) analyzed, in detail, the average rainfall in the Snowy Mountains district (District 71), which had shown
趋势年度总降雨量1970 - 2006毫米10 y-1)
图16.13在澳大利亚降雨趋势,1970 - 2006年,在毫米每十年(数据来源:澳大利亚气象局)。
趋势年度总降雨量1970 - 2006毫米10 y-1)
图16.13在澳大利亚降雨趋势,1970 - 2006年,在毫米每十年(数据来源:澳大利亚气象局)。
强有力的长期降水减少1913 - 1992年期间,表面上似乎支持罗森菲尔德的建议。尼科尔斯表示,强劲的下降是人造的,它是由高海拔的关闭/高rainfall-reporting网站在1954年,这意味着只有一个高雨量站点的数据,而不是两个,是导致该地区平均水平,导致人工平均下降的世纪。他重建一个复合海拔的记录显示没有明显的下降。这个例子强调了时间序列研究的主要挑战之一:必须保证时间序列数据质量一致decades-to-century时间跨度。
在独立的问题上一个强大的减少趋势随着时间的推移,明显从雪山的雪深处在10月份初步观察,尼科尔斯(2005)产生另一种优雅的相关数据的分析表明,这一趋势在1962年和2002年之间没有相关的主要降水的变化,而是重要的地区变暖在过去的半个世纪中,这是最好的与气候变化的影响(图16.14)。raybet雷竞技最新积雪深度下降主要是因为(即融化。、温度),不是因为强烈的降水减少。
第三个关于rain-bearing观测系统在SE澳大利亚是只有很小的变化动态迫使足以产生降水的变化。曼顿(1979)演示了这种敏感性检测地形影响降雨从个别天气系统使用从八个站点雨量计数据,每一个都有一个范围的海拔只有200米。曼顿的假设是,小空间动态变化迫使
斯宾塞溪雪深
^ July-Sept。意味着最高温度,Cabramurra积雪深度,首先观察10月
斯宾塞溪雪深
^ July-Sept。意味着最高温度,Cabramurra积雪深度,首先观察10月
1962 1967 1972 1977 1982 1987 1992 1997 2002年
图16.14时间序列趋势和变化之间的相关性在雪山积雪深度,SE澳大利亚最大的空气温度与时间序列趋势。后尼科尔斯(2005)。
1962 1967 1972 1977 1982 1987 1992 1997 2002年
图16.14时间序列趋势和变化之间的相关性在雪山积雪深度,SE澳大利亚最大的空气温度与时间序列趋势。后尼科尔斯(2005)。
可能诱发系统性降水的变化从一个云系统,否则会统计同质。他确认这个假设可以预计时间以及空间的影响:分析降水时间序列趋势在多个几十年,当气溶胶微观物理学的影响的证据,将需要考虑相关的混淆因果关系与动态趋势迫使(例如,保持区域的变化动态,表面反照率变化,粗糙度,水分可用性从土地利用变化)。
对于第二个示例,我们从西南澳大利亚东南部,一个世俗的降水减少,订单的20%,已经自1970年代中期。图16.15显示了有关减少流入的水存储珀斯的首都;2007年2月,这使得州政府委员会一个海水淡化工厂供应掉45吉尔每年水——即饮用饮用水城市的居民。
虽然一直宣称澳大利亚新闻媒体(例如,ABC新闻,2007年1月9日),珀斯降雨量下降主要cloud-microphysical后果造成的空气污染,我们不知道任何支持这个论断的科学分析或出版物。相反,由多部门进行广泛的分析印度洋气候raybet雷竞技最新倡议(IOCI 2002)已经确定了一系列其他潜在的捐助者的下降是重合的,大规模的大气动力学和流通模式的变化。一个重要论点支持控制该地区降雨被大规模的观测降雨量之间有很强的相关性,时间表,和平均海平面压力(IOCI 2002)。更详细的分析显示影响包括变化印度洋温度和循环,潜在影响平流层臭氧损耗的南部环形模式中,大规模的温室迫使(结论提供50%的降水量减少信号),和土地利用变化(例如,里昂2002;皮特曼et al . 2004;Cai et al。2003、2005、2007;Cai和考恩2006;Timball和Arblaster 2006;铜鼓et al . 2006年)。
此外,重要的是要注意,multicentury全球气候模型模拟表明,30年期干燥趋势也有限的发生概率作为自然的一部分,长期的raybet雷竞技最新气候变化。在分析时间序列的趋势,因此重要的是包括自然变化作为解释性假说的一个组件。全面分析冬季大气状态的变化由Frederiksen Frederiksen(2007),利用NCEP / NCAR的可利用时间1949 - 1968和1974 - 1994年,使他们得出结论,从1975年到1994年的主要过程降雨量减少西南西澳大利亚是强度的降低风暴之发展形成和向南偏转的风暴。向极转变风暴跟踪与观察到的淡化似乎是一致的中间南大洋海域(55°、65°年代之间),被黄et al .(1999)解释为在这个海洋区域降水的增加。此外,Frederiksen和Frederiksen(2007)指出,观察到的变化
每年总流入珀斯大坝(gl)
hj在南半球的气候,raybet雷竞技最新包括减少equator-to-pole对流层温度梯度和随之减少带状流,与人为温室强迫的影响一致。然而,他们显示适当的克制,指出现阶段尚未建立了这样一个结论。
第二个评价,这次颞可变性的主要天气类型影响西南西澳大利亚(希望et al . 2006),确认发生的频率槽与湿条件拒绝了在该地区天气类别的频率与高压和干燥条件对大陆了,一致的发现Frederiksen和Frederiksen (2007)。一个令人信服的总结这些影响和综合列表相关的出版物的上下文中设置检测和归因澳大利亚气候变化提供了尼科尔raybet雷竞技最新斯(2006)。值得注意的是,在这个平衡的评价,是承认印度洋气候倡议(IOCI 2002)曾考虑增加当地气溶胶污染作为一个可能的病原体降雨量减少的趋势,但得出的结论是,它不能超过二次(不太可raybet雷竞技最新能)贡献者面对明显的动态信号。的重要发现IOCI最近总结了贝茨et al .(2007),和Rotstayn(2007)提供了一个额外的参数需要了解污染物气溶胶动力学的影响。
合成
四个关键结论可以从我们澳大利亚的案例研究。首先,它已经证明毫无疑问,即使是这个相对无人居住的国家(每平方公里平均少3人),人为排放的CN和聚合级别CCN主导自然排放。考虑到大多数人口集中在不到十个大城市,气溶胶羽毛含有高浓度的CN和CCN相隔较低的区域,或“背景”CN和CCN浓度自1960年代末以来众所周知的。这些观察结果与许多其他研究协议的其他部分进行世界在过去的几十年里,这表明CN和CCN浓度顺风密集的中心。
其次,鉴于这种情况可识别的空间梯度的CN和CCN的水平,它已被明确证明云的形成更多的空气污染控制,云基地附近的小液滴浓度高于云形成减少空气污染。这个观察并不是唯一的,可以推广到世界其他地区,已经证明在许多出版物(例如,加勒特和霍布斯1995)。
第三,在时间和空间趋势分析了降水在澳大利亚,大气的变化动态过程提供了最好的解释,而不是改变了云粒子物理学,其他条件不变。这也是在与其他研究协议,如METROMEX,这表明,虽然云微物理特性改变了由于气溶胶污染,降水实际上增加了。
第四,然而,我们必须承认,到目前为止所做的工作不能完全排除微观物理学的强迫降水效率作为故事的一部分在某些情况下(例如,巨人CCN的存在作为一种增加降水发展即使在污染环境)。尽管观测表明,影响总修改引起的地面降水云粒子物理学是相对较小,没有实验,在我们看来,但设计和执行任何地方,考虑和链接,以综合方式过程研究,以证明因果关系,与时间序列研究定义降水趋势,而同时涵盖微观物理学的和动态迫使(即降水过程。立刻,所有的混杂因素)和他们的相互作用。更好的统计方法需要开发和应用不同的差异的相对贡献
继续阅读:文摘Jiq
这篇文章有用吗?
