海洋層積雲邊界層中總水含量之微物理定性分析

Abstract

本研究分析海洋層積雲邊界層雲凝結核(CCN)數量濃度(NCCN)之穩定態，以及毛毛雨效應對此穩定態的影響，並診斷總雲水含量與雲凝結核數量濃度間的函數關係，以瞭解Twomey第一與第二間接效應。方法為建立0維海洋層積雲邊界層模式，假設海洋層積雲邊界層均勻混合，則雲滴與CCN數量濃度的平衡受到CCN產生項、氣懸粒子布朗碰併、雲滴粒子自我收集、雲滴碰併成雨滴、雨滴粒子收集雲滴和氣懸粒子等過程控制；雲水含量的變化則考慮毛毛雨移除效應與海表面蒸發量提供之水氣。本研究引用Fu2002年提出的氣懸粒子參數法和Chen and Liu 2004年提出的雲微物理參數法處理以上的過程。 計算結果發現NCCN具有兩個平衡態：較低的平衡態由雲滴粒子自我收集過程和CCN產生項平衡而得；較高的平衡態則主要由氣懸粒子布朗碰併和CCN產生項平衡而致。此兩平衡態幾乎是分別存在，只有在特定的CCN產生速率( S )和相對於特定海溫的海表面蒸發狀態之下才能同時存在。此雙平衡態之存在，造成NCCN穩定態變化的遲滯效應：在S（或海溫）由低值逐漸升高時NCCN由低穩定態跳躍到高穩定態的點，與S（或海溫）由高值降低時NCCN由高穩定態跳躍到低穩定態的點不同。在加入毛毛雨移除雲水的效應時，遲滯效應變得較不明顯。 海洋層積雲邊界層的總含水量和降雨量會隨NCCN變化。較低的NCCN將對應較高的毛毛雨，總含水量與雲水含量因而降低，使雲層較薄。但NCCN降低並無法使雲層無限變薄而破碎，因雲層過薄也會使毛毛雨效應停止。高NCCN時因為降水終止使雲水增多，可能導致雲生命期變長及雲覆蓋面積增加，此結果呼應氣懸粒子第二間接效應。