雲在氣候系統的輻射平衡中扮演重要的角色。全球尺度雲對地球系統的冷卻作用約為
47.3 W·m-2，溫室效應約為26.2 W·m-2。其中，低雲通過反射短波、輻射長波主導着地球系統雲輻射的冷卻效應，因而其特性的變化在全球增暖背景下顯得格外引人注目。時至今日，低雲的模拟仍然是氣候模式中不确定性的主要來源，因此加深對不同區域低雲空間分布特征和變化規律的認識具有重要的意義。
作為最著名的西邊界暖流，黑潮将熱帶高溫暖水輸送到中國近海，對區域氣候産生深遠的影響。衛星和海面觀測表明，在冬季風控制下低雲呈帶狀分布，穿越黑潮海洋鋒其水平和垂直雲量、雲水含量及雲狀會發生突變，暖水一側積雲發生頻率明顯升高（圖1）。針對該區低雲分布特征，本文探讨了黑潮海洋溫度（Sea surface temperature，SST）鋒邊界層動力、熱力過程和天氣尺度擾動對其空間演變的可能影響。
圖1.冬季低雲氣候态分布特征.(a)低雲量水平分布(%), (b)沿直線A‐C雲量垂直分布, (c)海表面溫度(等值線, °C)和雲水含量(填色,mm)水平分布, (d)沿直線A‐C低雲狀發生頻率(%).
研究表明，SST鋒面通過增強海表面潛熱通量、海洋大氣邊界層動力調整過程和雲頂夾卷過程加速該區低雲演變。首先，随着海溫從鋒面冷側到黑潮暖舌的迅速升溫，由SST鋒區邊界層氣壓調整機制和天氣尺度擾動作用導緻的暖舌上空的海表面風輻合有利于雲層和雲層之下的耦合。雲層中凝結潛熱加熱和海面風輻合形成正反饋過程，加劇黑潮暖舌區低雲狀的變化，該過程将有效抵消因海表潛熱通量增加所緻的邊界層退耦效應。從黑潮暖舌區向南，因為海溫持續升高雲層中潛熱加熱和雲頂長波輻射冷卻作用維持着雲層内混合，但海氣界面湍流混合則明顯減弱。因此雲層内和雲底以下混合的差異增大促使邊界層的退耦加強，阻礙水汽垂直輸送；另一方面，由于SST鋒減弱了該區域低層大氣穩定度，使雲頂以上的幹暖空氣更容易夾卷進入雲層加速雲滴的蒸發。綜合上述兩方面過程使暖舌以南低雲迅速變化為層積雲，雲量迅速減少。
該研究詳細分析了海洋大氣邊界層和低雲熱力動力過程對東海黑潮區冬季低雲空間演變中的影響，進一步明确了各物理過程的作用，對海洋鋒區雲參數化過程提供了有益參考。研究成果發表在國際權威期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》第125期第17卷。
圖2.控制試驗與平滑海洋鋒試驗差值的垂直剖面圖. (a)水汽混合比(填色, g kg−1)和垂直環流(流線,黑色流線超過95%顯著性檢驗); (b)雲水混合比(填色, 10−5kg kg−1)和逆溫層強度(等值線, K (100 hPa)−1).僅展示置信度超度95%的區域。(c)海表溫度(藍線, °C)和潛熱通量(紅線, W m−2)。(d-e)大尺度凝結潛熱加熱率和深對流加熱率垂直廓線(K day−1,實線和點線分别表示控制試驗和平滑海洋鋒試驗);
論文鍊接：
Long Jingchao, Wang Yuqing*, Zhang Suping, and Liu jingwu (2020). Transition of low clouds in the East China Sea and Kuroshio region in winter: A regional atmospheric model study. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125, e2020JD032509. https://doi.org/10.1029/2020JD032509
