降水日循环是天气和气候的一个重要特性，主要由动力和热力过程驱动。研究降水日循环不仅有助于了解降水的形成机制，也为验证模式积云对流等物理方案提供一个很好的角度。当前，通过气候模式准确模拟降水日循环仍然是一个挑战。模式中的湿对流通常开始得太早，且强度较低。前期研究发现，与模式分辨率相比，参数化的对流方案（parameterized convection，简称PC）是模拟的降水日循环偏差的主要来源，而使用高分辨率显式对流方案（explicit convection，简称EC）模拟的降水日变化较为准确。除了自然过程，研究发现人类活动对降水日循环也有影响，其中人类气溶胶排放是一个重要因素。气溶胶会对边界层高度、大气温度和湿度、云量等造成一系列影响。由于其的影响的复杂性，其对降水的影响仍有很大的不确定性。
研究使用WRF-Chem模式分别开启PC和EC对流方案对华北夏季进行了模拟。结果显示，EC模拟的降水日循环峰值时间与观测更为接近。随着气溶胶排放浓度的增加，PC模拟的降水日循环下午峰值出现了推后（2种不同PC方案有类似结果），但这在EC模拟和观测中并不明显。有趣的是，使用PC方案的ERA5模式降水也随气溶胶浓度增大出现了峰值的推后。出现这些差异的原因是EC试验相比PC试验有更大的下午垂直上升速度，所以更多气溶胶被输送到高层，导致高层大气吸收了更多太阳辐射，到达地表的太阳辐射更少，地表降温更多，从而大气更为稳定，下午降水更不容易发生。气溶胶导致的700 hPa垂直速度上升在PC试验中能持续至下午到晚上，而在EC试验中只能持续到中午，从而导致对降水峰值时间的影响不同。另外, 两种对流方案不同的对流触发条件和机制也是导致降水对气溶胶响应不同的可能原因。
该研究成果由南信大魏江峰教授、其硕士生逯博延及部分合作者共同完成，近日发表于《Geophysical Research Letters》杂志上。研究得到国家自然科学基金项目41975084和42021004的资助。
论文信息：
Wei, J., B. Lu, Y. Song, Q. Jin, Y. Yang, Q. Chen, H. Chen, 2022: Impact of aerosol radiative effect on the diurnal cycle of summer precipitation over North China: Distinct results from simulations with parameterized versus explicit convection. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL098795, https://doi.org/10.1029/2022GL098795
图1 （a）和（b）分别是PC集合试验、EC集合试验的降水日循环特征；（c）PC和（f）EC集合试验模拟的CTL试验12–19 LST期间的平均降水峰值空间分布；（d，e）PC和（g，h）EC集合试验模拟的Exp2和CTL试验之间、以及Exp4和CTL试验之间在12–19 LST期间的平均峰值时刻差异；（i、l、o）与（c）和（f）相似，分别描述低AOD日的CMA、GSMaP和ERA5平均日降水峰值时刻；不同降水产品的中、低AOD日（j、m、p）和高、低AOD日（k、n、q）降水峰值的平均时间差异。每幅图右下角为空间数值的区域平均。（注：CTL、Exp2和Exp4试验分别为无人为排放、实际人为排放、和5倍实际排放下的集合试验结果）