《Atmospheric Research》：Effects of local and remote aerosols on the cloud and precipitation of an extreme-rain-producing MCS
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•在此事件中，当地气溶胶的吸湿性更强，并且会随着时间的推移而减少，而远距离传输的气溶胶吸湿性较弱，相对稳定。•气溶胶使对流区域平均降雨强度增加了约20%，在早期和后期分析期间，当地和远距离气溶胶的影响分别更强。•远距离气溶胶的存在有利于在MCS（中尺度对流系统）中产生更多的层状云
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在此事件中，当地气溶胶的吸湿性更强，并且会随着时间的推移而减少，而远距离传输的气溶胶吸湿性较弱，相对稳定。
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气溶胶使对流区域平均降雨强度增加了约20%，在早期和后期分析期间，当地和远距离气溶胶的影响分别更强。
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远距离气溶胶的存在有利于在MCS（中尺度对流系统）中产生更多的层状云。
引言
中尺度对流系统（MCS）是大型、有组织的大对流风暴，能够引发多种灾害性天气事件，包括强降雨、阵风和冰雹（Roca和Fiolleau，2020年；Feng等人，2021年；Chen等人，2024年）。这些系统通常水平跨度达数百公里，是大气中强降水和能量重新分配的重要驱动力（Houze，2004年；Schumacher和Johnson，2005年；Xia和Zhang，2019年；Schumacher和Rasmussen，2020年）。准确预测MCS的发展和演变对于减轻其引发的灾害影响至关重要。尽管在数值天气预报和观测技术方面取得了显著进展，但由于其形成机制的复杂性，定量预测强降雨事件的强度和分布仍然具有挑战性（Corfidi，2003年；Wu等人，2013年；Feng等人，2018年）。MCS的发展和维持受到动力不稳定、水分含量、垂直风切变（Zipser，1977年；Rotunno等人，1988年；Moncrieff等人，2017年）以及更大尺度系统（如高层槽、锋面和低层急流）的复杂相互作用的影响（Peters和Schumacher，2014年；Xia和Zhang，2019年；Johnson和Hamilton，1988年；Zhang等人，1989年；Luo等人，2014年）。由于过去几十年全球快速的城市化和人为污染的增加，气溶胶已成为影响MCS降水强度的另一个重要环境因素（Fan等人，2013年；Saleeby等人，2016年；Marinescu等人，2017年；Clavner等人，2018年；Guo等人，2019年）。
气溶胶对MCS的总体影响是复杂且因情况而异的，因为它们取决于环境条件、气溶胶的性质以及MCS的特征（Rosenfeld，2000年；Khain等人，2008年）。气溶胶可以通过多种机制影响MCS的形成、强度和演变。其中一个主要途径是改变云微物理过程，特别是云滴和冰晶的数量和大小分布。也就是说，较高浓度的气溶胶可能导致较小滴数的增加，这可能会通过抑制滴子合并来减弱降水强度（Rosenfeld，2000年；Feingold等人，2005年；Bollasina等人，2011年；Zhang等人，2020年），或者通过产生更多的凝结水来增强降水强度（Wang，2005年；Tao等人，2007年；Khain等人，2008年），具体取决于MCS的特征和环境条件。此外，气溶胶还可以通过影响潜熱释放和冷池形成来影响MCS的动力学和热力学过程，这两者在MCS的强度、形态和持续时间中起着关键作用（Wang等人，2011年；Seiki和Nakajima，2014年；Grant和van den Heever，2015年；Kawecki等人，2016年）。尽管人们对气溶胶对MCS影响的认识日益增强，但其背后的物理过程仍不甚明了。理解上述复杂的相互作用对于提高极端天气事件的预测能力至关重要，特别是与强降雨相关的MCS。
一个未解决的问题是，当地排放的气溶胶和远距离传输的气溶胶是否会对MCS的发展和演变产生不同的影响。当地排放的气溶胶，如来自工业活动和城市污染的气溶胶，会对区域天气系统产生直接和即时的影响。相比之下，远距离传输的气溶胶，通常来源于沙漠粉尘、海盐和野火，可以影响远离其起源地的天气系统（Wang等人，2014年；Huang等人，2020年；Liu等人，2022年）。当地和远距离气溶胶的具体成分可能因地区而异。通过区分当地和远距离气溶胶的影响，我们可以加深对气溶胶-云相互作用的理解，并为更精准和有效的环境政策提供科学依据。在这方面，已有几项研究调查了当地和远距离气溶胶排放对亚洲季风系统的影响（Cowan和Cai，2011年；Ganguly等人，2012年；Bollasina等人，2014年；Jin等人，2016年；Liu等人，2020年），但结果存在矛盾。例如，Ganguly等人（2012年）和Bollasina等人（2014年）发现亚洲的气溶胶显著加剧了南亚夏季季风的干燥趋势，而Cowan和Cai（2011年）以及Guo等人（2016年）则认为季风降水的减少主要是由亚洲地区以外的气溶胶引起的。
在风暴尺度上，多项研究探讨了当地和远距离气溶胶在极端降雨事件中的作用。Fridlind等人（2004年）发现，中对流层气溶胶在上升气流核心的卷入区域被激活，这与多个强对流风暴中观察到的云滴数量一致。Lebo（2014年）表明，中层气溶胶扰动对对流强度的影响与扰动整个大气柱的影响几乎相同，通过增加混合相层中的过冷水滴，生成更大的冰雹颗粒，这些冰雹颗粒最终融化成更大的雨滴。然而，Marinescu等人（2017年）指出，在具有垂直上升气流且强烈的MCS中，低对流层气溶胶更为重要，因为水成物被强烈输送到混合相区域。需要注意的是，上述研究基于的模型没有考虑当地和远距离气溶胶的不同化学成分。Liu等人（2020年）分析了广州冬季降水事件中当地排放和远距离传输气溶胶的不同作用，他们发现远距离传输的气溶胶对降水系统的影响更为显著，因为这些气溶胶不断被输送到系统中，从而增强了暖雨和冷雨的强度。鉴于MCS特征、气溶胶性质和环境条件之间的复杂相互作用，需要进一步的研究来明确当地和远距离传输气溶胶在MCS演变和降水中的相对作用。
夏季季风前的时期（4月至6月）是中国南部的主要降雨季节，这一时期的MCS活动频繁且强度大（Luo等人，2013年；Yun等人，2021年）。这一时期还经常受到空气污染（Cui等人，2015年；Wu等人，2022年）以及源自印支半岛的农业相关野火的影响（Zhu等人，2022年）。2017年5月7日凌晨，广州经历了一次极端降雨事件，这是当地排放和远距离传输气溶胶共同作用的结果。Yun等人（2024年）合理地再现了该事件的观测降水量和气溶胶场，并证明了气溶胶效应在MCS的不同生命周期阶段和云 subregions中的变化。然而，当地排放和远距离传输气溶胶对这一事件的单独影响尚未被研究。本研究旨在进一步探讨这两种气溶胶在MCS生命周期中的相对作用及其如何影响对流-层状云的分布。
本文的结构如下：第2节介绍案例并描述了数值实验的设置。第3节展示了模拟降雨的分布和强度以及当地和远距离气溶胶场，并分析了当地和远距离气溶胶如何影响这一事件的云和降水。最后一部分给出了总结和结论性评论。
章节片段
事件概述
2017年5月7日，中国南部广州大都会地区遭受了一次历史性的极端降雨事件，日降雨量达到了542毫米的创纪录水平，最大小时降雨率为184毫米/小时（图1a-b），接近广东省的历史记录。在这次极端降雨事件之前，印支半岛发生了生物质燃烧事件（Yun等人，2024年，图2）。当地排放和远距离传输的气溶胶的综合作用...
当地和远距离气溶胶场
图3显示了模型初始时刻当地和远距离气溶胶场的水平和垂直分布。显然，当地气溶胶在地面处的浓度较高（图3a），而中对流层的浓度较低（图3c）。相比之下，远距离气溶胶在中对流层占主导地位（图3d）。这种垂直差异源于它们的来源和传输路径的不同。在此事件中，当地气溶胶主要来源于地面...
总结和结论性评论
2017年5月7日凌晨，广州大都会地区经历了极端降雨事件。在此事件之前，印支半岛发生了生物质燃烧活动。本研究旨在阐明当地排放和远距离传输的气溶胶对此极端降雨事件中的云和降水过程的影响。使用WRF-Chem模型，研究了四种情景：清洁空气、受污染空气、仅当地排放气溶胶以及仅远距离传输气溶胶。
CRediT作者贡献声明
Yuxing Yun：撰写——原始草稿、方法论、调查、概念化。Da-Lin Zhang：撰写——审阅与编辑、方法论、调查。Wenhua Gao：撰写——审阅与编辑、方法论、调查。Jianping Guo：撰写——审阅与编辑、可视化。
未引用参考文献
Li等人，2026年
美国国家环境预测中心/国家气象服务局/美国商务部，2015年
Su等人，2020年
Wang等人，2023年
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金的资助（编号分别为42375080、42275082和42325501）。数值模拟在中国气象局国家气象信息中心的计算设施上进行。作者衷心感谢NOAA空气资源实验室（ARL）提供用于本研究的HYSPLIT传输和扩散模型。Yinfang Yin博士在研究过程中提供了帮助...
Yuxing Yun|Da-Lin Zhang|Wenhua Gao|Jianping Guo
