Ship-track-based assessments overestimate the cooling effect of anthropogenic aerosol
人为气溶胶通过改变云量对层积云反射率的影响是气候预测中的一个主要不确定因素。本研究的重点是频繁发生的非降水层积云。在这种情况下，云量可以通过气溶胶增强云顶混合而减少。这种影响的气候相关性是有争议的，因为船舶废气似乎并没有产生显着的变化，这些云的数量。通过详细的数值模拟与卫星数据相比，一种新的分析，我们表明，从船舶跟踪研究的结果不能概括为估计人为气溶胶的气候强迫。我们特别发现，非降水层积云对气溶胶的辐射效应的船迹导出的灵敏度高估了它们的冷却效应高达200%。如果我们要限制层积云的气溶胶-云辐射强迫，就需要考虑这种抵消变暖效应。
2020-05-28 physics.ao-ph
Computationally-efficient Expressions for the Collision Efficiency Between Electrically Charged Aerosol Particles and Cloud Droplets
本文介绍了一种多因子参数化方法，它能有效地计算数值云和气候模式中带电气溶胶粒子与中性云滴的碰撞效率（E）。四个参数表示总结了从详细的碰撞效率的微物理模型中获得的结果，该模型解释了作用在下降的云滴路径中的气溶胶上的不同力。参数化的有效范围为气溶胶粒子半径0.4 ~ 10 μ m，气溶胶粒子密度1 ~ 2.0 g·cm ~（-3），气溶胶粒子电荷从中性到100个元电荷，滴半径18.55 ~ 142 μ m。它产生的碰撞效率以及详细的模型值的数量级内，从3978 E值的数据集。对于0.4至2微米的气溶胶颗粒尺寸范围，这些值中的95%已经建模为0.5至1.5之间的参数化比率，并且约96%在第二尺寸范围内。与原始微物理模式相比，这种参数化加速了碰撞效率计算约103倍，允许在数值云和气候模式中包括电荷效应。在下面的页面中，提供了C语言的参数化代码以供现成使用。
2006-02-01 physics.ao-ph
Multivariate quadrature for representing cloud condensation nuclei activity of aerosol populations
有效的区域和全球尺度的化学传输模型需要大气气溶胶的稀疏表示。在这里，我们介绍了一个新的框架来表示气溶胶分布，矩的正交方法的基础上。给定一组矩约束，我们展示了如何线性规划，结合熵启发的成本函数，可以用来构建优化的气溶胶分布的正交表示。从这种方法得到的稀疏表示准确地再现云凝结核（CCN）活动的粒子分辨模型模拟的现实复杂的分布。此外，在这项研究中描述的线性规划技术可以用来约束关键的气溶胶属性，如云凝结核的数量浓度。与常用的稀疏表示不同，例如模态和分段方案，这里描述的最大熵方法不限于预定大小的箱或假设的分布形状。这项研究是第一步，以粒子为基础的气溶胶计划，将跟踪多变量气溶胶分布与足够的计算效率的大规模模拟。
2016-12-19 physics.ao-ph
Background Conditions Influence the Estimated Cloud Radiative Effects of Anthropogenic Aerosol Emissions from Different Source Regions
本文利用共同体地球系统模式，结合共同体大气模式5.3版，研究了不同源区和全球航运排放的人为气溶胶的云辐射效应。本文还分析了气溶胶负荷、云凝结核浓度、液态水路径和冰水路径。由于云对气溶胶响应的跨界传输和次线性，来自一个特定源区的排放的云辐射效应受到来自其他源区的排放的影响。例如，当存在其他人为排放源时（“当今背景”假设），航运的短波云辐射效应为$-0.39 \pm 0.03$ W m $^{-2}$，而当不存在其他人为排放源时（“自然背景"假设），航运的短波云辐射效应为$-0.60 \pm 0.03$ W m $^{-2}$。一般来说，云的辐射效应弱，如果假设现在的背景条件相比，如果假设自然背景条件。在调查特定源区气溶胶排放的气候影响时，应仔细考虑有关背景条件的假设。
2018-12-14 physics.ao-ph
Substantial Diel Changes of Cloud Adjustments to Aerosols in Ship-tracks
本文通过自动确定船舶航迹段年龄的新方法，揭示了气溶胶云调整存在显著昼夜变化，发现夜间老化污染云云量增加更大且液态水路径调整呈非单调趋势，表明考虑时间变化后气溶胶有效辐射强迫更强。
2025-04-09 physics.ao-ph
Aerosol invigoration of atmospheric convection through increases in humidity
云-气溶胶相互作用仍然是理解气候和灾害性天气的主要障碍。观测表明，气溶胶增强热带雷暴活动;过去的研究，出于了解气溶胶对云的影响的重要性，提出了几种机制，可以解释观察到的联系。在这里，我们表明，高分辨率的大气模拟可以重现气溶胶和对流之间的联系。然而，我们也表明，以前提出的机制是无法解释的振兴。研究潜在的过程表明，在我们的模拟中，高气溶胶浓度通过产生将更多冷凝水混合到周围空气中的云来增加环境湿度。反过来，更高的湿度有利于大规模的上升和更强的对流。我们的研究结果提供了一个物理原因，预计在高气溶胶地区的热带雷暴。
2020-10-07 physics.ao-ph
Direct Radiative Impacts of Stratospheric Aerosols on the Tropical Troposphere: Clouds, Precipitation, and Circulation in Convection-Resolving and Global Simulations
Columbia University（哥伦比亚大学）；NASA Goddard Institute for Space Studies（美国国家航空航天局戈达德太空研究所）；Lamont-Doherty Earth Observatory（拉蒙特-多尔蒂地球观测站）
研究发现平流层气溶胶注入会减少热带降水，但云过程的不确定性影响其预测，表明需进一步研究以可靠评估其水循环影响。
2025-12-05 physics.ao-ph
Aerosol Effect on the Mobility of Cloud Droplets
云滴移动性在此被称为云滴随环境空气移动的能力的量度。我们认为气溶胶对对流云的影响的一个重要部分是由液滴流动性的变化所驱动的。我们表明，质量加权平均液滴终极速度，这里定义为有效的终极速度（eta）和它的蔓延（sigma_eta）作为这种效果的直接措施。此外，我们开发的分析估计eta和sigma_eta显示，在相对分散的eta（sigma_eta = sigma_eta/eta）的变化可以作为一个敏感的预测发病的液滴收集过程。
2015-10-19 physics.ao-ph
Moments of Sunlight Pathlength in Water and Aerosol Clouds from O$_2$ Spectroscopy: Exploitable Parameter Sensitivities
IPCC的最新评估指出，云和气溶胶仍然是全球气候模式气候预测的一个挑战。因此，NASA的2017年十年调查使它们与对流和降水一起成为ACCP旗帜下未来任务的优先目标，现在是大气观测系统。大气科学现在比以往任何时候都更加推动遥感的更新，以更准确地探测云和气溶胶，并改进采样。在这里，我们带来了新的结果，支持差分光学吸收光谱（DOAS）使用可见/近红外光谱中的氧气吸收特性。在已知浓度和截面的情况下，O $_2$ DOAS中剩下的未知数是光通过吸收气体的路径。在云或气溶胶粒子散射的情况下，该路径在每次相互作用时被破坏。通过气体的累积路径长度是一个随机变量，其概率分布函数（PDF）将包含有关云或气溶胶的理想信息。在这里，我们计算PDF的统计矩，表明均值和方差传达了不同的信息，即介质的大小和不透明度。我们还扩展了几何厚度和平均路径长度之间的连接存在的散射粒子的吸收。我们认为路径长度的时刻，可以从O $_2$光谱获得的中间产品，并描述了一个算法来做到这一点。反过来，这些时刻产生感兴趣的云或气溶胶廓线参数：层的几何和光学厚度。对于这种大气剖面，人们通常会想到主动传感器、雷达和激光雷达。在此，轮廓被参数化并且表示由多次散射确定的水平平均值。然而，无源仪器与有源仪器相比具有优势，首先可以在大范围内成像。
2021-10-14 physics.ao-ph
Using Non-Linear Causal Models to Study Aerosol-Cloud Interactions in the Southeast Pacific
University of Oxford（牛津大学）
气溶胶-云的相互作用包括无数的效应，这些效应都始于气溶胶进入云并作为云凝结核（CCN）。云凝结核的增加导致平均云滴尺寸（r $_{e}$）的减小。较小的水滴尺寸导致更明亮，更广阔，更持久的云，反射更多的阳光，从而冷却地球。在全球范围内，气溶胶-云的相互作用使地球变冷，但这种作用的强度在不同的气象条件下是不均匀的。了解气溶胶-云相互作用如何随当地环境的变化而演变，可以帮助我们更好地了解地球系统模型中的误差来源，这些模型目前无法再现观测到的关系。在这项工作中，我们使用最新的非线性，因果机器学习方法来研究气溶胶对云滴半径的异质性影响。
2021-11-03 cs.LG physics.ao-ph physics.data-an
Using uncertainty-aware machine learning models to study aerosol-cloud interactions
University of Oxford（牛津大学）
气溶胶-云相互作用（ACI）包括气溶胶进入云所产生的各种效应，并影响云的性质。一般来说，气溶胶浓度的增加会导致更小的液滴尺寸，从而导致更大，更亮，更持久的云层，反射更多的阳光并使地球降温。然而，这种影响的强度是异质的，这意味着它取决于周围的环境，使ACI成为我们目前气候模型中最不确定的影响之一。在我们的工作中，我们使用因果机器学习通过将问题重新定义为治疗（气溶胶）和结果（液滴半径的变化）来从卫星观测中估计ACI。我们预测气溶胶对云的因果关系的不确定性界限取决于未知的因素，可能会影响气溶胶的影响。在评估的三个气候模型中，我们发现只有一个模型能够合理地重现这一趋势，从而使其对ACI造成的冷却的估计更加可信。
2022-11-30 cs.LG physics.ao-ph physics.data-an
The potential impact of turbulent velocity fluctuations on drizzle formation in Cumulus clouds in an idealized 2D setup
本文讨论了湍流速度脉动对积云中毛毛雨形成的潜在影响。两种不同的表述湍流速度波动的微物理制定的拉格朗日框架进行了讨论-随机行走模型和插值，其微物理性质的云调查的影响。湍流速度波动显著地增强了碰撞液滴之间的速度差，特别是那些具有小尺寸的液滴。因此，在包括湍流表示的模拟中，毛毛雨形成得更快。湍流速度波动的两种表示，随机游走和插值，对液滴谱演变有类似的影响，但插值的速度不占可能的各向异性的空气速度。所有讨论的模拟表明，相对较大的标准差（$\sim$ 1 $μm$）的云滴分布从云形成的开始观察。由于凝聚作用处理云滴内部的气溶胶，因此可以获得关于气溶胶的详细信息。数值模拟结果表明，在$\sim$ 20 min的云演化过程中，由于气溶胶在液滴合并过程中的作用，气溶胶谱的变化相对较小。毛毛雨最初形成于云边缘附近，或者是云顶附近，那里的水质量最大，或者是卷吸涡旋附近。
2015-09-04 physics.ao-ph
Estimating black carbon aging time-scales with a particle-resolved aerosol model
了解气溶胶粒子的老化过程对于评估其化学反应性、云凝结核活动、辐射特性和健康影响具有重要意义。在这项研究中，我们研究了老化的黑碳颗粒在一个理想化的城市羽流使用一种新的方法，颗粒分辨气溶胶模型PartMC-MOSAIC。我们提出了一种使用基于云凝结核激活的老化标准来估计老化时间尺度的方法。结果表明，分离成白天的制度，冷凝占主导地位，凝结占主导地位的夜间制度。对于所选的城市烟羽情景，取决于过饱和阈值，老化时间尺度的值在白天在0.06小时和10小时之间变化，在夜间在6小时和20小时之间变化。
2009-02-28 physics.ao-ph
The Relationship between Precipitation and Aerosol: Evidence from Satellite Observation
气溶胶-云-降水的相互作用对全球气候有重要影响。对这一问题的认识与气候变化预测的不确定性有关。传统的气溶胶间接效应认为，当气溶胶数量增加时，它会起到抑制降水的作用。然而，最近卫星观测的研究发现，气溶胶与降水正相关，这与传统观点相反。本研究试图利用A-Train卫星产品验证气溶胶与降水的相关性，并通过云的三维结构进一步揭示卫星观测中气溶胶与降水正相关的可能物理机制。研究发现，降水强度与气溶胶光学深度呈正相关，而云滴浓度与降水强度的关系则与液态水路径有关;且当气溶胶数量增加时，雷达反射谱变宽，降水增加，而云滴浓度则表现出相反的现象。结果表明，CDNC与AOD的负相关可能是气溶胶与降水正相关的原因。
2019-02-04 astro-ph.EP physics.ao-ph
Enhancements in cloud condensation nuclei concentrations from turbulent fluctuations in supersaturation
气溶胶排放对云的性质和分布的影响是天气和气候预测中不确定性的一个很大来源。这些气溶胶-云的相互作用主要取决于气溶胶粒子激活成云凝结核（CCN）的能力。模拟云凝结核激活和云滴形成的一个关键挑战是湍流和云微物理之间相互作用的表示。湍流混合会导致水蒸气和温度的小尺度波动，这在大尺度大气模式中无法解决。我们使用拉格朗日包裹模拟驱动的高分辨率大涡模拟的对流云室量化这些小尺度波动对云凝结核激活的影响。我们发现，小规模的波动环境属性强烈增强CCN激活，这表明，传统的大涡模拟和地球系统模型，忽略这些波动低估了云滴的形成。
2022-10-27 physics.ao-ph
Stratocumulus over SouthEast Pacific: Idealized 2D simulations with the Lagrangian Cloud Model
本文利用VOCALS观测资料，采用拉格朗日微物理表示的大涡模拟模式，模拟了理想化的二维层积云。模式模拟的云水混合比、云滴数廓线等云的一般特征与观测结果吻合较好。该模式能较好地反映气溶胶分布与云下气溶胶浓度和云滴数之间的观测关系。数值模式的整个云滴谱的平均值与观测到的云滴谱相似，观测到的大于25 μ m的云滴浓度较高。在特定的模式水平上，模拟的液滴光谱与观测的液滴光谱存在较大的差异。尽管微物理学是在拉格朗日框架中表述的，但云滴分布的标准差大于1 μ m。上升气流中的云滴分布没有明显变窄，但上升气流中的分布比下降气流中的分布窄。模拟和观测的标准差分布与中/高云滴数的观测结果一致，低云滴数的谱比观测到的谱窄得多。模式结果表明，含有大于0.3 μ m的气溶胶的液滴的显著百分比没有达到激活半径，但超过1 μ m，这通常被测量为云滴。此外，气溶胶大小和云滴大小之间的关系是复杂的;对于给定的气溶胶大小，可能的云滴大小范围很广。
2012-11-01 physics.ao-ph
A review of the relevance of the 'CLOUD' results and other recent observations to the possible effect of cosmic rays on the terrestrial climate
宇宙射线对气候变化的影响是一个持续的问题，也是一个重要的问题。至少在原则上，欧洲核子研究中心的云项目的最新结果提供了关于致电离粒子在“致敏”大气气溶胶中的作用的信息，这些气溶胶可能在以后产生云滴。我们的分析表明，虽然在云物理学中很重要，但这些结果并不能得出宇宙射线对大气云有显著影响的结论，至少如果H2SO4是大气中气溶胶的主要来源的话。最近对太阳高能粒子巨大事件后平流层气溶胶变化的研究进行的分析表明，类似的影响可以忽略不计。最近对宇宙射线强度的测量表明，以前随时间下降的趋势已经逆转。因此，即使宇宙射线增加了云的产生，也会有一个小的全球冷却，而不是变暖。
2013-08-23 physics.ao-ph
MICS Asia Phase II - Sensitivity to the aerosol module
在模式间比较研究-亚洲第二阶段（MICS 2）的框架下，在东亚地区比较了8个模式，本文研究了不同参数化的气溶胶模块上的硫酸盐和硝酸盐的PM10气溶胶浓度的影响。2001年3月，使用用于相互比较的模型之一的气溶胶模块的不同配置进行气溶胶浓度的室内比较。执行模型配置的参考设置的单个修改，并与参考情况进行比较。这些修改涉及的尺寸分布，即部分的数量，和物理过程，即凝结，冷凝/蒸发，云化学，多相反应和海盐排放。比较不同站点的月平均浓度，首先评估每个参数化的重要性。据发现，硫酸盐浓度是不太敏感的海盐排放量和冷凝是否计算动态或假设热力学平衡。硝酸盐浓度对云的化学性质不太敏感。然而，观察到对非均相反应的非常高的灵敏度。此后，使用不同的化学传输模型（CTM）的气溶胶浓度的变化和变化的气溶胶模块中使用不同的参数化进行比较。对于硫酸盐，在气溶胶模块中使用不同参数化的可变性低于使用不同CTM的可变性。然而，对于硝酸盐，对于四个站的月平均浓度，这两个变量具有相同的数量级。
2007-04-24 physics.ao-ph
Remote sensing of clouds and aerosols with cosmic rays
大气层的遥感通常是通过研究来自自然（太阳、月球）或人造（激光）源的光的消光/光的散射来完成的。由宇宙射线产生的广泛的空气簇射的切伦科夫发射提供了分布在整个大气中的另一个自然光源。我们表明，切伦科夫光进行的三维分布的云和气溶胶在大气中的云/气溶胶粒子的尺寸分布和散射相函数的信息。因此，它可以用于大气探测。新的大气探测方法可以通过调整切伦科夫望远镜的成像技术来实现。以这种方式收集的大气探测数据既可用于大气科学，也可用于提高伽马射线天文观测的质量。
2014-03-11 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ao-ph
Lightning declines over shipping lanes following regulation of fuel sulfur emissions
利用全球最繁忙航运航道在燃料硫法规实施前后的变化，研究发现航道闪电增强下降超40%，证明深对流云受海洋气溶胶数浓度分布影响。
2024-12-30 physics.ao-ph physics.geo-ph
Exploring the Nonlinear Cloud and Rain Equation
海洋层积云被认为是气候系统的反射器，将很大一部分太阳辐射返回太空，从而冷却大气。这种云在各种环境条件下可以以两种稳定的模式存在，即开放和封闭的单元。系统的这种紧急行为及其对气溶胶和环境特性的敏感性由一组非线性方程捕获。在这里，使用线性稳定性分析，我们表示从稳定到极限环状态的过渡分析，显示它如何依赖于模型参数。我们表明，控制液滴浓度（N），环境承载能力（H 0）和云恢复参数（tau）可以通过一个单一的无量纲参数μ =N/（阿尔法 *tau* H 0），这表明，对于较深的云的过渡，从开放（振荡）到关闭（稳定的定点）细胞将发生较高的液滴浓度（即较高的气溶胶负载）。对可能状态的分析计算，以及它们如何受到气溶胶和环境变量变化的影响，提供了对云和雨复杂相互作用的更好理解。
2017-01-10 physics.ao-ph
Dust aerosol, clouds, and the atmospheric optical depth record over 5 Mars years of the Mars Exploration Rover mission
尘埃气溶胶在火星大气的行为和演变中起着重要作用。火星探测漫游者数据的前五个火星年提供了两个地点的灰尘负荷的前所未有的记录。这一记录有助于确定这些地点的大气特征，并作为轨道观测的地面实况。大气消光光学厚度已来自太阳图像校准和校正后随时间变化的灰尘，已积累在相机窗口。记录包括本地，区域和全球范围的沙尘暴。与同期热红外资料的比较表明，沙尘气溶胶的大小有显着的变化，在北部夏季的有效半径为1 μm，在沙尘扬升事件开始时的有效半径为2 μm。太阳经度（LS）20-136°周期的特征还在于机会号站点存在卷状云，特别是在LS=50和115°附近。除了水冰云，水冰雾也可能存在，二氧化碳云可能在季节早期出现。尘埃不透明度的变化对每个站点的能量平衡都很重要，并与日照的季节性变化一起控制Spirit站点的尘暴频率。
2014-03-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
Immersion freezing in particle-based aerosol-cloud microphysics: a probabilistic perspective on singular and time-dependent models
AGH University of Krakow（克拉科夫AGH科技大学）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Goddard Institute for Space Studies, National Aeronautics and Space Administration（美国国家航空航天局戈达德太空研究所）；Stony Brook University（石溪大学）
本文探讨了浸入冻结过程在气溶胶-云相互作用中的作用，比较了奇异和时间依赖参数化方法在概率粒子基云微物理建模中的应用，分析了不同冷却速率对冻结分数的影响及稀疏冰核的存在对异质冰核化的重要性。
2024-10-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Dissipating the correlation smokescreen: Causal decomposition of the radiative effects of biomass burning aerosols over the South-East Atlantic
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；NOAA（美国国家海洋和大气管理局）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）；University of Lausanne（洛桑大学）；GeoSphere Austria（奥地利地球科学研究所）
研究通过因果图方法分析生物燃烧气溶胶对南大西洋短波辐射的影响，发现其辐射冷却效应可分解为三个路径，并提出消除观测偏差以改进气候模型。
2026-04-09 physics.ao-ph
Detecting anthropogenic cloud perturbations with deep learning
University of Oxford（牛津大学）
气候科学中最紧迫的问题之一是人为气溶胶对地球能量平衡的影响。气溶胶提供了形成云滴的“种子”，云可利用的气溶胶数量的变化可以改变其亮度和其他物理特性，如光学厚度和空间范围。云在调节全球温度方面发挥着关键作用，微小的扰动可能导致显着的冷却或变暖。这种影响的不确定性是如此之大，以至于目前还不知道它是否可以忽略不计，或者是否提供了足够大的冷却，以在很大程度上抵消目前二氧化碳造成的变暖。这项工作使用深度卷积神经网络来寻找由于人为气溶胶引起的云中的两种特殊扰动，并评估它们的性质和流行程度，为它们的气候影响提供有价值的见解。
2019-11-29 cs.CV cs.LG physics.ao-ph
Super-Droplet Approach to Simulate Precipitating Trade-Wind Cumuli - Comparison of Model Results with RICO Aircraft Observations
在这项研究中，我们提出了一系列的LES模拟采用超液滴方法（SDM）代表气溶胶，云和雨微物理。SDM是一种基于粒子和概率的方法，其中Monte-Carlo型算法用于求解粒子碰撞和聚结过程。该模型不区分气溶胶粒子、云滴、毛毛雨或雨滴。因此，它涵盖了这样的云微物理过程的表示：云凝结核激活，毛毛雨形成的自动转换，吸积的云滴，自收集的雨滴和降水，包括气溶胶湿沉降。SDM的突出特点包括：（一）模型公式的稳健性（即采用基本原则而不是参数化）;（二）模型结果易于与用粒子计数仪器获得的实验数据进行比较。研究中使用的模式设置是基于海洋上空积云降雨（RICO）现场项目（GEWEX云系统研究边界层云工作组RICO案例）的观测。云和雨滴的大小谱功能在模拟中获得的比较与以前发表的飞机观测期间进行的RICO现场项目。分析包括高度分辨的模拟云微物理参数，如液滴数浓度，有效半径，和云滴大小谱的宽度的统计。网格分辨率的LES的结果的敏感性，以及概率（蒙特卡罗型）模型的采样密度进行了讨论。
2012-10-23 physics.ao-ph
Zero-Shot Learning of Aerosol Optical Properties with Graph Neural Networks
燃烧产生的气溶胶，如黑碳（BC）是重要的短期气候强迫因子，其直接辐射强迫和大气寿命取决于其形态。这些气溶胶的复杂形态使得模拟其光学特性变得困难，导致其直接和间接气候影响的不确定性。遥感反演和大气模式中的辐射强迫计算都需要准确和快速地计算BC光学特性，但是目前精确计算这些气溶胶光学特性的方法计算成本很高，并且在大量的数据库中离线编译以用作查找表。机器学习方法的最新进展显示了图神经网络（GNN）在各种物理科学应用中的潜力，通过学习内部属性和定义较大系统的紧急行为的小规模交互，展示了在初始训练数据之外进行泛化的技能。在这里，我们证明了经过训练以预测数值生成的BC分形聚集体的光学特性的GNN可以准确地推广到任意形状的颗粒，甚至比训练数据集中的聚集体大得多（10倍），提供了一种快速准确的方法来计算模型中的气溶胶光学特性和观测检索。这种zero-shot学习方法可以集成到大气模式或遥感反演中，以预测真实形状的气溶胶和云粒子的物理特性。此外，GNN还可以用来获得小尺度相互作用（这里是球体的位置和相互作用）和大尺度特性（这里是气溶胶的辐射特性）之间关系的物理直观。
2021-07-21 physics.ao-ph
Simulating the evolution of soot mixing state with a particle-resolved aerosol model
煤烟颗粒在大气中的混合状态对于评估其气候影响至关重要，因为它决定了它们的化学反应性、云凝结核活动和辐射特性。为了改善模型中的混合状态表示，我们提出了一种新的方法，随机粒子分辨模型PartMC-MOSAIC，它明确地解决了不同类型的气溶胶粒子在给定的人口中的单个粒子的组成。这种方法精确地跟踪由于排放、稀释、冷凝和凝结而引起的颗粒混合状态的演变。为了使这种直接的随机粒子为基础的方法实用，我们实现了一个新的多尺度随机凝聚方法。使用这种方法，我们实现了最佳的效率时，凝固内核是高度不均匀的应用程序，是许多现实的应用程序的情况。PartMC-MOSAIC被应用到一个理想化的城市羽流的情况下，代表一个大的城市地区，模拟不同类型的碳质气溶胶由于凝结和冷凝的演变。对于这个城市的烟羽的情况下，我们量化的个别过程，有助于老化的气溶胶分布，说明了我们的建模方法的能力。结果表明，第一次的多维结构的颗粒组成，这通常是失去了内部混合的截面或模态气溶胶模型。
2008-09-04 physics.ao-ph
Atmospheric Changes During Natural Disaster: Case Study of a Dust Storm and a Volcanic Eruption Using Space and Ground Based Instruments
本研究利用地基太阳光度计和 OMI-Aura、Landsat-9 等卫星数据，分析沙尘暴与火山喷发期间臭氧、水汽、气溶胶及辐射通量变化，揭示气溶胶对气候调节的关键作用。
2025-05-05 physics.ao-ph
Aerosols and tides in the martian tropics during southern hemisphere spring equinox from Mars Climate Sounder data
我们分析了火星气候探测器在热带地区的温度和气溶胶数据，以研究大气潮汐及其与尘埃和水冰分布的关系。研究结果表明，在火星29-35年（MY 29-35）的南半球春分，在同一时间内，MY 29年出现了其他年份所没有的大幅度非迁移热潮。与其他年份相比，夜间温度最受干扰，在35-55公里高度处有强烈的逆温。对不同当地时间数据的分析表明，MY 29上午03：45的温度和水冰云与其他年份上午05：00的温度和水冰云更接近，这表明周日潮汐的相位向当地时间提前。这种相移，以及大幅度的非迁移热潮汐，似乎与早期的尘埃活动。在MY 29中，两次早期沙尘暴发生在热带地区的上升流附近，与哈德利环流有关，使沙尘能够被输送到更高的高度，在那里它具有更大的辐射影响。除了尘埃，水冰云也被发现影响潮汐结构。由于非迁移潮汐的相互作用，水冰云在夜间出现在两个离散的纵向区域。辐射冷却的增加导致云上下沉流的增加，导致绝热变暖的增加和逆温的加强。
2020-11-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
Generative Modeling of Aerosol State Representations
提出基于深度变分自编码器的气溶胶状态表示生成建模框架，通过将高维数据压缩为十个潜变量并引入预处理优化策略与真实性度量指标，实现了紧凑、鲁棒且物理保真的气溶胶表示，用于大规模气候应用。
2025-10-11 cs.LG physics.ao-ph
Investigation of the Thermal Structure in the Atmospheric Boundary Layer During Evening Transition and the Impact of Aerosols on Radiative Cooling
本研究基于KIAB两个雾季的观测数据与辐射-传导模型模拟，揭示了气溶胶对大气边界层长波冷却及抬升温度极小值结构的调控机制，指出传统辐射模型对气溶胶长波加热率的低估可达一个数量级。
2024-03-11 physics.ao-ph
Understanding cirrus clouds using explainable machine learning
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Universitat de València（瓦伦西亚大学）
本文利用梯度提升模型和带注意力层的LSTM网络，结合卫星与再分析数据研究气象和气溶胶条件对卷云特性的影响，并通过SHAP量化驱动因素，发现观测前15小时的条件可预测卷云特性。
2023-05-26 cs.LG physics.ao-ph
Understanding and Visualizing Droplet Distributions in Simulations of Shallow Clouds
UCI（加州大学尔湾分校）；OSU（俄亥俄州立大学）；Columbia（哥伦比亚大学）；NVIDIA（英伟达公司）；PNNL（太平洋西北国家实验室）
本文利用变分自编码器的潜在表示对浅云大涡模拟中的液滴尺寸分布进行可视化，揭示不同气溶胶浓度下液滴谱演变相似但速度不同，从而改进对气溶胶-云相互作用和降水 initiation 过程的理解。
2023-10-31 cs.LG physics.ao-ph physics.flu-dyn
Global Reduction in Ship-tracks from Sulfur Regulations for Shipping Fuel
船舶航迹是由船舶排放的气溶胶与海洋低云相互作用产生的。在这里，我们将深度学习模型应用于卫星数据，以生成第一张多年全球船舶航迹气候图。我们表明，船舶轨道是在云物理学，海上航运和燃料监管的关系。我们的地图捕捉到了主要的航道，而遗漏了其他航道，反映了背景云和气溶胶特性的影响。船舶跟踪频率比以前的调查预期高出10倍以上。船舶航迹频率的年际波动反映了跨洋贸易、航运活动和燃料法规的变化。由于成本经济性，燃料管制可以改变检测到的船迹密度和航运路线模式。新燃油法规加上COVID-19疫情，令二零二零年全球船舶航迹频次降至近几十年来的最低水平，并可能迎来船舶航迹频次低的新时代。我们估计的气溶胶间接强迫引起的燃料调节为0.02和0.22 Wm-2之间。
2022-06-11 physics.ao-ph physics.soc-ph
A Lagrangian Particle-Based Numerical Model for Surfactant-Laden Droplets at Macroscales
大气气溶胶可以由无机和有机物质组成，包括浓度很高的表面活性剂。重要的是，后者可以降低液体-蒸汽表面处的表面张力，由于其两亲性结构，它们优先吸附在液体-蒸汽表面处。因此，诸如液滴聚结、降水发展和最终云的寿命等过程可能取决于气溶胶中表面活性剂的存在。在这里，我们提出了一个云滴形成的数值模型，这是基于拉格朗日粒子为基础的微物理方案超级液滴方法，并考虑到在液滴中的表面活性剂的存在。我们的研究结果表明，表面活性剂促进云的形成，通过增加激活液滴的数量和大小，集中在云的底部，而最大的液滴集中在云的顶部。这表明液滴的循环涉及从云的底部到顶部的激活和生长过程。此外，我们的结论是独立的特定方法用于模拟欧拉变量的扩散，由于亚网格尺度湍流。我们预计，我们的研究结果将丰富我们对表面活性剂在大气气溶胶行为中的作用的理解，更重要的是，将为宏观尺度上表面活性剂系统的数值模拟的进一步发展铺平道路。
2022-09-22 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
The global atmospheric electrical circuit and climate
云、全球温度、全球大气电路和宇宙射线电离之间的物理联系正在出现证据。全球电路从行星表面延伸到电离层的低层，贯穿整个大气层。宇宙射线是远离大陆边界层的大气离子的主要来源：形成的离子允许垂直传导电流在全球电路的晴天部分流动。通过宇宙射线的（逆）太阳调制，所产生的柱状电离变化可能允许全球电路将太阳影响传递给低层大气的气象现象。对非雷暴云的电效应被认为是通过离子辅助形成超细气溶胶而发生的，超细气溶胶可以生长到能够充当云凝结核的大小，或者通过带电气溶胶的冰成核能力增加。即使是对气溶胶粒子谱很小的大气电调制，也可以通过大气电路传递到全球的变化，影响云的特性，改变大气的辐射平衡。尽管在地球物理学的相关领域有着悠久的工作历史，但全球电路和全球气候之间的直接和反向关系在很大程度上仍未得到定量研究。通过回顾两个世纪以来进行的大气电测量和可能的古气候代理，应该可以预见到全球大气电路在许多时间尺度上的变化
2005-06-08 physics.ao-ph physics.geo-ph
The Plasma Structures and Networks of Channels as Components of The Sequential Mechanism of Lightning Initiation Within Thunder Clouds
本论文详细描述了人工带电气溶胶云在电场中引发异常等离子体形成的实验研究。这些实验，再加上最新的数据，从云内放电的研究，使人们有可能构建一个连续的机制，启动闪电内的雷暴云，以及一个模型的紧凑的云内放电（CID/NBE）。
2022-08-15 physics.ao-ph physics.plasm-ph
IPRT polarized radiative transfer model intercomparison project - Three-dimensional test cases (phase B)
最初未偏振的太阳辐射在地球大气层中散射后变成偏振的。特别地，分子散射使电磁辐射极化，但是气溶胶、云滴和冰晶处的辐射散射也极化。每种大气成分都产生一种特有的偏振信号，因此光谱偏振测量经常用于遥感气溶胶和云的特性。反演算法需要有效的辐射转移模型。通常，这些应用平面平行近似，假设大气层由水平均匀层组成。对于遥感应用，辐射被认为是恒定的仪器的瞬时视场和每个传感器元件被独立地处理在平面平行近似，忽略相邻像素之间的水平辐射传输。为了估计由于IPA近似引起的误差，需要三维（3D）矢量辐射转移模型。到目前为止，只有少数这样的模型存在。因此，国际辐射委员会（IRC）的国际偏振辐射转移（IPRT）工作组启动了一个模型相互比较项目，以便为偏振辐射转移提供基准结果。该小组已经对一维（1D）多层测试用例进行了相互比较（Emde等人，2015）。本文介绍了2D和3D测试用例的相互比较项目的延续：阶跃云，立方云，和一个更现实的情况下，包括三维云场产生的大涡模拟模式和典型的背景气溶胶。3D偏振辐射转移的常用基准结果可在IPRT网站（http：//www.meteo.physik.uni-muenchen.de/enquiprt）上获得。
2019-01-07 astro-ph.EP physics.ao-ph
Ground/space, passive/active remote sensing observations coupled with particle dispersion modelling to understand the inter-continental transport of wildfire smoke plumes
在2017年加拿大/美国创纪录的燃烧季节，太平洋西北地区（不列颠哥伦比亚省，艾伯塔省，华盛顿州，俄勒冈州，爱达荷州，蒙大拿州和加利福尼亚州北部）9月的第一周发生了强烈的野火，主要燃烧温带针叶林。几天后，9月7日和8日，大气中释放的大量烟雾颗粒到达伊比利亚半岛。卫星图像可以确定在两个不同时期排放的两种主要烟云，这些烟云在几个高度注入大气层并在大气层中传播。9月7日和8日，在西班牙北部和南部的两个气溶胶机器人网络（AERONET）中海拔背景站点的柱状属性是：气溶胶光学深度（AOD）在440 nm处高达0.62，埃指数为1.6-1.7，小颗粒占优势（细模分数> 0.88）、440 nm处的低吸收AOD（<0.008）和440 nm处的大单散射AOD（>0.98）。正交偏振云气溶胶激光雷达（CALIOP）的配置文件显示在平流层中的烟雾粒子的存在下，在运输过程中，而烟雾只在对流层中观察到在其到达IP。欧洲气溶胶研究激光雷达网络/气溶胶、云和痕量气体研究网络的葡萄牙和西班牙地面激光雷达站（EARLINET/ACTRIS）和微脉冲激光雷达网络（MPLNET）揭示了具有不同属性的烟羽：粒子退偏比和色比在对流层中部（5-9 km）分别为0.05和2.5，在对流层上部（10-13 km）分别为0.10和3.0。在对流层中部，粒子的去极化比在传输过程中似乎不依赖于时间，而色比似乎增加（较大的粒子首先沉降…
2019-07-23 physics.ao-ph physics.geo-ph
Ice nucleation in the wake of warm hydrometeors
混合相云中冰的形成对地球的水文循环有很大的影响。在中纬度地区，降水的强度、分布和频率以及云的辐射特性都受到冰粒数浓度的强烈影响。在混合相云中一个长期存在的谜团是经常观测到的测量的冰颗粒浓度比测量的冰成核颗粒浓度高几个数量级。在这里，我们报告了实验室观测到的大量云滴和冰晶形成的温暖，下降的水滴。气溶胶被激活的瞬态区域非常高的过饱和度，由于蒸发混合的尾流。我们将这些结果推广到典型的混合相大气条件下，我们的计算表明，诱导蒸发过饱和可以显着提高粒子尾流中的活化冰核浓度。
2019-06-14 physics.ao-ph
Statistical constraints on climate model parameters using a scalable cloud-based inference framework
提出基于云的可扩展统计框架，利用代理模型和严格界限方法约束气候模型参数，结合高时间分辨率卫星观测实现了对模型参数组合的有效约束。
2023-05-20 physics.ao-ph physics.data-an stat.AP
Turbulence is ineffective in causing raindrop growth in polluted clouds
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Max Planck Institute for Chemistry（马克斯·普朗克化学研究所）；University of Toronto（多伦多大学）；National Atmospheric Research Laboratory（国家大气研究实验室）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
该研究发现湍流在污染云中促进雨滴增长的效果取决于液滴尺寸分布的宽窄，指出需改进云微物理参数化以提高模型准确性。
2026-01-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Radiance Enhancement and Shortwave upwelling Radiative Flux methods for efficient detection of cloud scenes
近几十年来，利用地球轨道卫星的遥感数据集对云的描述、成像和解释一直是一个很大的争论。目前，云检测的模型很多，云检测的分类也有报道。然而，没有一个现有的模式可以有效地检测在短波上升流辐射波长通量（SWupRF）的光谱范围从1100到1700 nm的小波段内的云。因此，为了更有效地检测云，可以实现称为辐射增强（RE）的方法（Siddiqui等人，2015年）。本文提出了如何使用RE和SWupRF方法通过空间轨道Argus 1000微型光谱仪利用GENSPECT逐线辐射转移模型来区分云场景的新方法（Quine和Drummond，2002; Siddiqui，2017）。这种RE方法也可以在选定的波长带内用于检测由于季节性森林火灾引起的燃烧源气溶胶。
2020-02-18 physics.ao-ph physics.space-ph
