一项突破性研究揭示了热带云团中隐藏的“燃料”——高水汽过饱和度,这可能为气溶胶粒子增强云层生长提供关键条件。该发现挑战了此前对云物理过程的认知,并为理解气溶胶如何影响深对流、降水及气候提供了新线索。
高过饱和度:气溶胶增强云层的“燃料”
研究团队通过分析2019年NASA“云、气溶胶和季风过程菲律宾实验”(CAMP2Ex)的飞机观测数据,发现热带对流云团中存在高达约10%的水汽过饱和度。这一数值远超此前飞机观测记录,且随海拔升高而增加,在约-5°C的过冷液态云中达到峰值。水汽过饱和度是指空气中水汽含量超过饱和平衡态的现象,它被视为“凝结性气溶胶对流增强”机制的燃料。该机制认为,在高过饱和度环境下,添加气溶胶粒子可形成更多云滴,加速凝结过程,释放更多潜热,从而增强上升气流。
“此前研究多聚焦于污染或浅薄云层,这些环境难以产生高过饱和度,因此未能观测到该机制。”参与研究的耶路撒冷希伯来大学Daniel Rosenfeld教授指出,“我们的观测表明,若要见证这一机制,必须关注海洋上空的深层清洁云团。”
飞机观测揭示关键证据
研究团队利用飞机实测的上升气流速度和云滴粒径分布,推算了准稳态过饱和度。结果显示,在强上升气流且云滴浓度较低的区域,过饱和度最高。当云滴浓度增加时,总表面积增大,过饱和度随之下降,这与气溶胶增强凝结的物理过程一致。此外,同期ESCAPE项目在墨西哥湾的独立观测也发现了约11%的极端过饱和度,进一步支持了该结论。
“这些观测并未直接证明气溶胶增强了云层,但证实了所需的大气条件确实存在。”Rosenfeld强调,“高过饱和度是气溶胶增强的燃料,若向该环境注入细或超细气溶胶,可能触发新云滴形成,释放更多潜热。”
未来方向:清洁与污染云团的对比
研究团队下一步计划通过飞机观测,直接对比清洁与污染热带对流云团,特别是其最强上升气流区域,并更清晰地区分液态云滴与冰晶的作用。“最终目标是提升对气溶胶影响深对流、降水、闪电及气候的物理理解与预测能力。”Rosenfeld总结道。
Zengxin Pan, Daniel Rosenfeld, Lin Zang, Feiyue Mao, Jiwen Fan, “Aircraft-observed High Supersaturation Indicates the Potential of Aerosol Convective Invigoration Effect”, Advances in Atmospheric Sciences, 18 June 2026. DOI: 10.1007/s00376-026-5894-y
Saurabh Patil, Greg M. McFarquhar, Yongjie Huang, Greg Roberts, Mengistu Wolde, Leonid Nichman, Cuong Nguyen, Keyvan Ranjbar, Natalia Bliankinshtein, Amanda Richter, Pavlos Kollias, Daniel Rosenfeld, “Quasi-Steady State Supersaturation: Do High Values Derived From ESCAPE Represent Real High Supersaturations and the Potential for Condensational Invigoration?”, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 10 June 2026. DOI: 10.1029/2025JD045547