《Science Bulletin》：Understanding clouds and precipitation over the Mount Qomolangma: how does the aerosol activation effect exist?
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珠峰作为天然实验室，研究发现南亚气溶胶通过动态抬升作用显著影响其云降水过程，导致北坡强降水频率增加而南坡减少，揭示了气溶胶激活效应对降水影响的差异化。
徐向德|蔡文月|赵天亮|张华|郭学良|刘文清|张天舒|赵润泽|吴重|李月青|王磊|闫鹏|杨长军
中国气象科学研究院强烈天气气象科学技术国家重点实验室，北京100081
摘要
世界之巅——珠穆朗玛峰（MQ），能否作为研究气溶胶对云-降水过程激活效应的“天然实验室”？在此，我们在MQ进行了气溶胶、云和降水的垂直观测，并首次将双雷达主动遥感技术与降水观测相结合。观测结果表明，在印度夏季季风期间，来自南亚的气溶胶对MQ上空的云-降水过程具有显著的激活作用。在动力抬升作用下，气溶胶的增加抑制并延迟了MQ上空的弱降水，反而加剧了云的发展，导致北坡出现强降水。MQ的热动力驱动机制与气溶胶激活效应的协同作用触发了北坡降水过程中的深对流。气溶胶激活效应使得云的发展更为强烈，MQ上空对流云的日变化对气溶胶变化的响应存在滞后现象。从气候变化影响的角度来看，MQ上空小雨的频率显著减少，而北坡中等到强降水的频率显著增加，这揭示了气溶胶激活效应对MQ南北坡降水过程的不同影响。
引言
青藏高原（TP）是地球上生态环境最为脆弱的地区，极易受到人类活动和未来全球气候变化的最严重影响[1]。TP位于多种自然和人为气溶胶的交汇处[2]。卫星观测显示，夏季有大量来自塔克拉玛干沙漠的尘埃气溶胶以及来自南亚地区的人为气溶胶输送到TP[2][3][4][5][6][7][8]。基于卫星的气溶胶光学厚度（AOD）图像显示，南亚与TP地区之间存在明显差异[8]。高浓度的大气气溶胶（称为“大气棕云”ABC）从南亚扩散并积聚在TP的南坡[8,9]，这可能影响云的微物理特性[10]和降水量[2,11,12]。通过观测和模拟研究，人们更好地理解了气溶胶对云的影响，尤其是对暖云的影响。然而，目前仍难以明确气溶胶与降水之间的因果关系，从而难以确定气溶胶对降水的具体作用[13]。
作为世界之巅，TP像一个巨大的引擎，驱动着附近水汽、云和气溶胶的运动[6,14]。这些气溶胶可被抬升至10公里以上的高度，导致珠穆朗玛峰（MQ）及其南缘的气溶胶浓度远高于TP内陆地区[4][15][16][17]。通过主要南北向山谷的周期性跨喜马拉雅气溶胶输送，这些气溶胶会在喜马拉雅山脉上空得到抬升[4][18][19][20][21]。因此，这些区域成为外源气溶胶输送的重要影响区和敏感区域[4,6][22][23][24][25]。气溶胶沉积导致地表反照率降低，成为TP及其周边地区冰川融化和积雪污染的重要因素，进而影响亚洲水文循环和季风气候[26][27][28]。尽管人们对冰冻圈变化给予了高度关注，但针对MQ地区的大气污染研究却很少，而MQ长期以来一直被视为偏远且原始的地区[4,29,30]。正因如此，MQ可以被视为研究气溶胶对云-降水过程激活效应的“天然实验室”。
借助第二次青藏高原科学考察与研究计划（STEP）在MQ部署的激光雷达和X波段双极化天气雷达（图1a），我们结合地面常规气象观测，开展了气溶胶-云-降水的综合垂直观测实验，以探讨外源气溶胶对MQ云-降水过程的“激活”效应：外源气溶胶能否激活MQ上的云-降水过程？是什么热动力机制使得外源气溶胶能够激活云-降水过程？外源气溶胶的气候影响在MQ南北坡的云-降水过程中是否存在差异？这项研究对于理解TP及其下游地区的气候和环境变化具有重要意义。
观测与再分析
- 2018年7月和2019年7月，由中国科学院安徽光学精密机械研究所制造的激光雷达用于连续观测MQ上的气溶胶消光系数（AEC）[29,31]。AEC通过Fernald方法反演得出[32]，云干扰通过经验阈值云屏蔽算法消除[33]。详细的质量控制方法见Xiang等人的研究[34]。本研究对高浓度气溶胶进行了分类
气溶胶、降水与低云之间的关系
廷里站和拉孜站分别位于MQ的北坡，海拔分别为4300米和4000米；尼亚拉姆站位于MQ的南坡，海拔为3810米。这三个站点都是距离MQ最近的国家地面气象观测站（详见在线表格S2）。通过比较2018年7月和2019年7月MQ的AEC与降水数据（见在线图S1），发现MQ的AEC与降水之间存在显著的正相关关系结论与讨论
通过结合地面气象观测和双雷达主动遥感连续观测，我们首次发现了在印度夏季季风期间，南亚外源气溶胶在大气动力抬升作用下的云-降水激活效应。我们提出了一个基于物理机制的概念模型，解释了气溶胶在动力抬升作用下的云-降水激活效应
致谢
本研究得到了第二次青藏高原科学考察与研究计划（STEP, 2019QZKK0105）和西藏自治区重大科技项目（XZ202402ZD0006-06）的支持。我们非常感谢中国珠穆朗玛峰特殊大气过程与环境变化国家观测与研究站为本研究提供的数据支持。同时，我们也感谢Daniel Rosenfeld教授（地球科学研究所）的建设性意见
