研究揭示空心冰晶特征卷云季節及全球分布特征

近期，中國科學院合肥物質科學研究院安徽光學精密機械研究所大氣光學研究中心在卷云探測理論和實驗研究上取得新進展。大氣光學研究中心研究員劉東、王珍珠團隊首次利用CALIOP星載激光雷達觀測研究了全球空心冰晶特征卷云，并揭示了其季節和全球分布特征。相關成果日前發表于《地球物理研究通訊》。

卷云位于地球大氣的對流層中上層和平流層的下層，通常距離地面6千米以上，其全球覆蓋率可以高達30%，由非球形冰晶粒子組成。卷云在全球能量平衡、輻射收支和天氣等變化中起著重要作用：一方面，卷云反射或散射太陽輻射，使到達地表和大氣的能量減少，冷卻大氣；另一方面，卷云吸收地表和大氣發射的長波輻射，加熱大氣。卷云對大氣的冷卻作用與卷云大氣的反射率密切相關。組成卷云的非球形冰晶粒子通常呈片狀、柱狀、準球形等，其中有大量的柱狀冰晶呈空心特征。

在觀測研究中，團隊發現：首先，在卷云的光學厚度小于或等于0.1，且溫度維持在零下60攝氏度至零下40攝氏度的條件下，觀測到的卷云樣本在退偏振比與衰減色比的二維圖中的分布，與通過物理光學近似法得出的空心冰晶特征卷云理論值高度吻合。這一發現證實了在該特定條件下，實際觀測到的卷云與通過物理光學近似法模擬出的空心冰晶特征卷云具有高度的一致性。

其次，研究還發現，在全球范圍內觀測到的所有卷云中，空心冰晶特征卷云占據了約20%的比例，且主要分布在中高緯度地區。值得注意的是，這類卷云在秋季和冬季在北半球高緯度地區的出現頻率要高于南半球，而在春季和夏季則呈現出相反的趨勢。此外，該類卷云還顯示出明顯的海陸分布差異，更傾向于出現在大陸地區。特別是在南極洲、西伯利亞和格陵蘭島，其出現頻率最高。

基于以上發現，研究團隊推測空心冰晶特征卷云的形成條件可能與溫度、濕度以及大氣環流等環境因素密切相關，并且可能對特定區域的氣候環境產生顯著影響。

相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2024GL109852