东海实验室刘玄成副研究员 学术报告ppt-海盐气溶胶“总体”微物理参数化方案研究.pptx

海盐气溶胶“总体”微物理参数化方案研究

刘玄成

东海实验室海岸和海洋环境数字孪生研究所

海盐气溶胶

海表在风浪作用下排放的微小含盐飞沫，释放到大气中形成气溶胶（SeaSprayAerosol）。其主要溶质为NaCl，又称为海盐气溶胶（SeaSaltAerosol,SSA）

SSA简单描述：

海水液滴由风浪作用，排放到大气形成的气溶胶

AlsanteAN,ThorntonDCOandBrooksSD(2021)OceanAerobiology.Front.Microbiol.12:764178.doi:10.3389/fmicb.2021.764178

辐射传输、云和降水、大气化学过程…

海盐气溶胶微物理过程

排放

蒸发/吸湿凝结增长

上升/沉降

云凝结核激活

自动转化成降水

被降水清除

海盐气溶胶微物理过程参数化

排放

蒸发/吸湿凝结增长

上升/沉降

云凝结核激活

自动转化成降水

被降水清除

LES+LagrangianParcelmodel+Binmicrophysics

物理过程详细精确，但计算开销巨大

Shpund,J.,Khain,A.,Rosenfeld,D.(2019).Effectsofseasprayonmicrophysicsandintensityofdeepconvectivecloudsunderstrongwinds.JournalofGeophysicalResearch:Atmospheres,124,9484–9509./10.1029/2018JD029893

精细式方法：

海盐气溶胶微物理过程参数化

排放

潜热/感热通量

水汽通量

通量式方法：

ANDREASEL,MAHRTL,VICKERSD.Animprovedbulkair–seasurfacefluxalgorithm,includingspray-mediatedtransfer[J/OL].QuarterlyJournaloftheRoyalMeteorologicalSociety,2015,141(687):642-654.DOI:10.1002/qj.2424.

不能反映SSA作为水成物粒子的微物理效应

不能反映SSA输送至高层后的物理过程

简单快速

海盐气溶胶微物理过程参数化

SSA微物理参数化

精细式

通量式

优点

高精度计算微物理过程

计算快速，部署简单

缺点

计算开销巨大

不能充分反映SSA微物理效应、离开海表大气后的物理过程

总结：

实际需求：

能反映SSA微物理效应

计算开销合理

“总体”参数化方法

海盐气溶胶微物理过程参数化

SSA排放：

研究认为，海盐气溶胶的数量排放通量F主要受风速u10影响：

例如，

Gong,et.al.,2003

Andreas,1998

近期观测研究表明，需要进一步考虑海表气温T：

JAEGLÉL,QUINNPK,BATESTS,etal.Globaldistributionofseasaltaerosols:newconstraintsfrominsituandremotesensingobservations[J/OL].AtmosphericChemistryandPhysics,2011,11(7):3137-3157.DOI:10.5194/acp-11-3137-2011.

Jaegle,et.al.,2011

海盐气溶胶微物理过程参数化

吸湿增长（水汽未饱和）：

r表示气溶胶粒子半径，S为相对湿度，rd表示溶质半径

气团

T,qv,S,……

dt~1ms

精确求解

海盐气溶胶微物理过程参数化

吸湿增长（水汽未饱和）：

r表示气溶胶粒子平均半径，S为相对湿度，rd表示溶质半径

近似求解

(Gerber，1985)

迭代

气团

T,qv,S,……

寻找相对湿度S下对应的半径r

基于r估算吸湿增长时间t

根据模式时间步长ts输出结果：

tts，时间步长内达到平衡

tts，未平衡，吸湿增长*t/ts

GERBERHE.Relative-HumidityParameterizationoftheNavyAerosolModel(NAM)[J/OL].NRLReport,1985,8956.

海盐气溶胶微物理过程参数化

凝结增长（水汽过饱和）：

“总体”云微物理参数化方法：过饱和水汽直接转化为云水

云滴

云凝结核

过饱和水汽

云滴

云凝结核

SSA

过饱和水汽

SSA

海盐气溶胶微物