扬起的沙尘如何形成卷云

被气旋吹到空中的沙尘为冰云的形成提供了成核粒子。

卷云是由空气中的冰粒形成的。

卷云是由纯冰粒子组成的高云，主要在8-17 公里高空出现。 这些云通过散射入射的阳光和吸收地球发出的红外辐射，对地球的气候产生重要影响。 在一项最新的研究中， Zeng 等人揭示了在大型风暴系统中，这些卷云形成过程的新细节。

卷云中的冰晶粒子形成有两种方式。在均质成核过程中，液态水的水滴在遇到适当的条件时自发冻结。而在异质成核过程中，一个外来粒子，如尘埃粒子，提供了一个冰晶形成的位点。异质成核方式发生得更为普遍，但它需要有足够的成核粒子。

过去，研究人员认为卷云中的冰晶主要是通过均质成核形成的，这是由于低温和高海拔地区缺乏冰的成核粒子。在这项新的研究中，科学家们提出，在适当的条件下，异质成核可能发挥比以前认识到的更大的作用。

研究人员测试了被称为卷入沙尘的斜压风暴系统(Dust-Infused Baroclinic Storm, DIBS) 中沙尘在卷云形成中的作用。这些风暴通过暖输送带 将地球表面的沙尘颗粒带到大气中。先前利用卫星数据进行的研究显示，DIBS的云顶具有不寻常的、类似卷云的特性。在这项新研究中，科学家们利用卫星数据和建模表明，DIBS卷云中极高的冰晶浓度是通过异质成核形成的。

这项研究利用了四颗独立气象卫星记录的2017年5月东亚DIBS事件的数据。成像、光谱、雷达和激光雷达数据表明，2017年的风暴产生了极高的冰粒浓度，每立方厘米有1到10个冰粒，冰粒大小在10到30微米之间。

这些数据被用于天气预报模型(WRF-Chem)。作者在两种配置下运行模型：一种是仅依赖于温度的简单模型，另一种是更复杂的模型，其中包括成核粒子表面积等其他因素。

作者发现，更复杂的参数化比简单的模型更接近于云观测:更复杂的新模型产生的冰粒子浓度要高10 ~ 100倍，而粒子大小要小2 ~ 3倍。作者说，这些发现表明，DIBS中的冰晶是通过沙尘颗粒的异质成核形成的。

这些发现提供了一种在DIBS中形成卷云的机制，作者认为应该将其纳入未来的气候模型中。(Journal of Geophysical Research: Atmospheres , 2023)