《Atmospheric Research》：Impacts of aerosol light absorption and scattering on a short-term heavy precipitation event - A case study in the Guanzhong Basin, China
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•AAB（吸收性气溶胶）通过CAPE扰动增强关中盆地（GZB）的上升气流，而ASC（散射性气溶胶）则减弱上升气流。•在足够大的CAPE扰动下，AAB条件下降水量随排放量线性增加，而ASC条件下降水量随排放量线性减少。•ASC减少了整个区域的降水量，而高浓度AAB则增强了极端降
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AAB（吸收性气溶胶）通过CAPE扰动增强关中盆地（GZB）的上升气流，而ASC（散射性气溶胶）则减弱上升气流。
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在足够大的CAPE扰动下，AAB条件下降水量随排放量线性增加，而ASC条件下降水量随排放量线性减少。
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ASC减少了整个区域的降水量，而高浓度AAB则增强了极端降水事件。
引言
气溶胶被认为对从单个云到全球尺度的降水产生影响（如Stier等，2024年）。相关机制通常被归类为辐射效应（气溶胶-辐射相互作用，ARIs），即气溶胶通过散射和吸收太阳辐射改变辐射通量，进而导致地表能量通量（包括感热通量和潜热通量）的调整（如Ramanathan等，2001年；Samset等，2016年；Myhre等，2017年）；以及微物理效应（气溶胶-云相互作用，ACIs），即通过改变云滴和冰晶的特性，影响云滴增长为降水尺度的粒子以及相变释放的潜热（如Albrecht，1989年；Dagan等，2017年；Herbert等，2021年）。总体而言，ARIs通过减少地表太阳辐射入射和降低地表蒸发，在能量收支约束下导致全球平均降水量减少（如Ramanathan等，2001年；Trenberth和Dai，2007年；Oman等，2006年；Samset等，2016年；Myhre等，2017年；Dagan等，2021年；Zhang等，2021年；Persad，2023年）。此外，ARIs对大尺度降水格局的影响也已被充分证实，例如赤道辐合带（ITCZ）的移动（如Wang，2015年；Ming和Ramaswamy，2011年；Voigt等，2017年；Zhang等，2021年）以及季风降水的变化（如Tian等，2018年；Dong等，2019年；Xie等，2020年）。
在不同的气溶胶辐射特性中，吸收和散射对大气热力学产生截然不同的影响。吸收性气溶胶（后文简称AAB）通过短波吸收加热大气并改变大气稳定性，而散射性气溶胶（后文简称ASC）则主要减少到达地表的太阳辐射，通过降低进入大气的感热通量引起大气冷却。这些相反的辐射效应会进一步扰动ARIs引起的对流和降水变化。然而，吸收性气溶胶（如黑碳、尘埃或吸收性有机气溶胶）对全球降水的影响仍存在高度争议。近地表吸收性气溶胶被认为可以加热大气并增加降水，即使地表感热通量降低（如Ming等，2010年；Stier等，2007年；Brown等，2021年；Williams等，2022年）。最近，Dagan和Eytan（2024年）利用理想化的辐射-对流平衡模拟表明，在某些条件下，吸收性气溶胶可以通过低对流层辐射加热机制强烈增强热带极端降水事件。类似机制在此前对更温暖气候、大气水汽增加情景的研究中已被提出（如Seeley和Wordsworth，2021年；Wolf等，2018年；Dagan等，2023年；Song等，2023年）。相比之下，其他研究表明吸收性气溶胶导致全球平均降水量减少，且热带与热带外地区对吸收性气溶胶的局部降水响应相反（如Dagan等，2021年；Persad，2023年）。此外，Williams等（2023年）证明全球平均降水量的减少取决于吸收性气溶胶扰动的地理位置，变化幅度可达一个数量级以上。他们利用Hoskins和Karoly（1981年）首先提出的准地转大气对角动加热的线性响应机制，解释了中纬度地区降水减少的现象。Luo等（2025年）利用亚洲的简化气候模型提出，黑碳短波吸收引起的大幅局部大气加热是导致局部降水减少的主要原因。
此外，ARIs在中尺度和微尺度天气系统中的降水作用比ACIs更为重要。Zhou等（2024年）基于WRF-Chem模型模拟揭示，在城市地区不同降水事件阶段，ARIs对强降水时空变化的作用比ACIs更为显著。在高气溶胶浓度条件下，与ACIs相比，黑碳和尘埃等吸收性气溶胶的ARIs可能在影响对流活动方面起主导作用（如Huang等，2016年；Liu等，2020a；Liu等，2020b；Sarkar和Panda，2025年）。例如，Sarkar和Panda（2025年）表明，在一次强烈的沙尘-降雨事件中，ARIs起主导作用，尽管尘埃引起的ACIs产生相反效应，部分抵消了整体响应。
关中盆地（GZB）南依秦岭山脉，西北靠黄土高原（见图S1中的蓝色线条）。过去三十年间，快速增长的工业和城市化扩张，加上特殊的地理形态，已使该地区的颗粒物浓度大幅上升（Bei等，2016a；Bei等，2016b；Bei等，2017年）。先前的研究主要关注气溶胶对地形降水和盆地尺度降水的抑制效应（如Rosenfeld等，2007年；Yang等，2013a；Yang等，2013b；Yang等，2016年），尤其是对轻、中雨的抑制（Yang等，2013b）。Rosenfeld等（2007年）基于观测分析报告，在雾霾条件下，华山的降水量减少了30-50%。Yang等（2013a）利用观测数据提出，气溶胶减少了西安河谷（即关中盆地）及附近山区的降水量和雷暴频率。最近，Bei等（2025年）指出，随着颗粒物污染的恶化，ARIs在减少关中盆地降水量方面起着更为重要的作用。然而，AAB和ASC对关中盆地降水的影响机制仍不清楚。先前的研究主要探讨气溶胶-辐射相互作用的整体效应或ARI与ACI之间的竞争关系。然而，吸收性和散射性气溶胶通过截然不同的辐射途径扰动大气热力学。它们对对流发展和降水各自贡献的量化仍然不足。因此，本研究开发了一套专门的敏感性实验框架，在涵盖广泛气溶胶浓度条件下，量化AAB和ASC在一次具有强对流不稳定性且气溶胶浓度较高的代表性短期强降水事件中的各自效应。
因此，本研究利用WRF-Chem模型探讨AAB和ASC对关中盆地一次短期强降水事件的影响。模型和敏感性设计见第2节。主要结果和讨论见第3节。结论见第4节。
章节片段
WRF-Chem模型和实验设计
本研究采用WRF-Chem模型的一个特定版本，该版本最初由Grell等（2005年）开发，后经Li等（2010年、2011a、2011b、2012年）及合作者（Liu等，2020a；Liu等，2020b；Wu等，2020年；Wu等，2025年；Wang等，2026年）改进，用于模拟2016年7月24日发生在关中盆地的短期强降水事件。未针对本文研究目的对模型物理或化学过程进行额外修改。
结果与讨论
本研究选取了2016年7月24日发生在关中盆地的一次强降水事件，该事件盆地区域24小时累积降雨量超过100毫米，西安地区最大小时降水量达66.6毫米。详细的案例描述和模型验证见补充材料S5。
总结与结论
本研究采用一个云分辨、完全耦合的WRF-Chem模型，通过调节人为排放量进行敏感性模拟，探讨了AAB和ASC对中国关中盆地2016年7月25日一次短期强降水事件的影响。与评估气溶胶-辐射相互作用整体效应的传统敏感性实验不同，本研究的敏感性框架明确区分了AAB和ASC在广泛
CRediT作者贡献声明
Bei Naifang（贝乃方）：撰写-原始草稿、调查、资金获取。Han Xiaoyi（韩晓义）：方法论、数据整理。Wang Ruonan（王若男）：撰写-审阅与编辑、可视化、软件。Li Zhe（李哲）：验证、调查。Jiang Qian（蒋谦）：可视化、方法论。Tie Xuexi（铁学喜）：撰写-审阅与编辑、可视化。Li Guohui（李国辉）：撰写-审阅与编辑、软件、资金获取、概念构思。
未引用参考文献
Allan等，2020年
Donat等，2016年
Dong等，2023年
Goswami等，2006年
Guo等，2025年
Shu等，2024年
Siepielski等，2017年
Sloat等，2018年
Westra等，2014年
Zhang等，2023年
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到国家重点研发计划（编号：2022YFF0802502）、国家自然科学基金（批准号：41975175）和陕西省重点研发计划（项目编号：2024SF-ZDCYL-05-05）的资助。
贝乃方|韩晓义|王若男|李哲|蒋谦|铁学喜|李国辉
