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物理学 > 大气与海洋物理

arXiv:2507.01319 (physics)
[提交于 2025年7月2日 ]

标题: 使用大涡模拟研究气候变化如何影响气溶胶-云相互作用

标题: Using Large Eddy Simulations to Study How Climate Change Influences Aerosol-Cloud Interactions

Authors:Hongwei Sun, Peter Blossey, Robert Wood, Ehsan Erfani, Sarah Doherty, Je-Yun Chun
摘要: 由于气溶胶-云相互作用是地球系统中最具不确定性的气候强迫因素,因此更好地理解气溶胶-云相互作用非常重要,尤其是它们将如何随着气候的变化而变化。本研究对东北太平洋海洋上沿气团轨迹进行的3天层积云到积云转变(SCT)进行了大涡模拟(LES)。通过在SCT模拟中的海洋边界层(MBL)内扰动气溶胶浓度,我们评估了当前气候以及双二氧化碳气候下的气溶胶-云相互作用。我们发现,气溶胶引起的云变化,包括云量和液态水路径(LWP)的第一(Twomey效应)和第二调整的间接效应,会在双二氧化碳气候下受到抑制。LWP调整比Twomey效应对全球变暖更敏感。通过对气溶胶引起的云辐射效应变化($\Delta$CRE)进行分解,我们发现气溶胶引起的云量变化($\Delta$CF)在我们的模拟中对$\Delta$CRE贡献最大。气溶胶引起的液滴数浓度变化($\Delta$Nc)表现出冷却效应,而LWP变化则表现出与气溶胶引起的云变薄一致的升温效应。总体而言,在双二氧化碳气候下,与气溶胶浓度增加相关的冷却效应将减弱。我们的结果还可以帮助理解和预测在气候变化中海洋云增亮(MCB)的冷却潜力。
摘要: Because aerosol-cloud interactions are the most uncertain climate forcing in the Earth system, it is important to better understand the aerosol-cloud interactions, especially how they will change with climate. This study carries out large eddy simulations (LES) of a 3-day stratocumulus-to-cumulus transition (SCT) along an airmass-following trajectory in the Northeast Pacific Ocean. By perturbing aerosol concentrations within the marine boundary layer (MBL) in the SCT simulations, we evaluate aerosol-cloud interactions in both the present day as well as in a double-CO2 climate. We find that aerosol-induced cloud changes, including first (Twomey effect) and second adjustments of cloud fraction and liquid water path (LWP) indirect effects of aerosols, tend to be inhibited in a double-CO2 climate. The LWP adjustment is more sensitive to global warming than the Twomey effect. By decomposing the aerosol-induced cloud radiative effect change ($\Delta$CRE), we find that the aerosol-induced cloud fraction change ($\Delta$CF) shows the largest contribution to $\Delta$CRE in our simulations. Aerosol-induced droplet number concentration change ($\Delta$Nc) shows a cooling effect, while the LWP change shows a warming effect that is consistent with aerosol-induced cloud thinning. Overall, the cooling effect associated with increased aerosol concentrations will weaken in a double-CO2 climate. Our results can also help to understand and predict the cooling potential of marine cloud brightening (MCB) in a changing climate.
主题: 大气与海洋物理 (physics.ao-ph)
引用方式: arXiv:2507.01319 [physics.ao-ph]
  (或者 arXiv:2507.01319v1 [physics.ao-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.01319
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Hongwei Sun [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 2 日 03:04:26 UTC (1,035 KB)
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