微小的气溶胶颗粒可能增强热带对流云，但科学家已对此争论了数十年。气溶胶影响云滴的形成和生长，这可能影响凝结和潜热释放。一种被提出的过程称为凝结气溶胶对流增强，取决于云层发展出非常高的水蒸气超饱和度。当出现这些条件时，额外的气溶胶颗粒可能形成新的云滴。这可以增加凝结，释放更多的潜热，并可能加速云内的上升气流。早期研究为何会错过这一点？飞行器测量通常未能检测到这种过程所需的高水平准稳态超饱和度。然而，这并不意味着大气中从未出现过这样的条件。许多先前的测量集中在极端超饱和不太可能发生的云环境中。这些包括相对污染的云、浅层暖云和在更深对流区域以下采样的云。在更高的高度上，云滴碰撞、降水形成和更快的上升气流可以减少云滴的总表面积，允许超饱和度增加。热带云的飞行器数据 一项新的研究发表在《大气科学进展》上，研究了在2019年NASA的云、气溶胶和季风过程菲律宾实验中收集的飞行器观测数据。研究在菲律宾及附近热带海洋进行。来自中国、美国和以色列的研究人员利用上升气流速度和云滴大小分布的测量估计了准稳态超饱和度。这一方法捕捉到空气上升产生的水蒸气与凝结到云滴上去的水蒸气之间的平衡。结果表明，热带对流云的超饱和度水平远高于之前相似方法的飞行器研究记录的水平。超饱和度随着飞行器对云较高部分的采样而增加，约在-5°C时达到了10%。在该温度下，上升气流区域主要由过冷液滴组成。估计的超饱和度在更低温度下继续上升。然而，当这些区域开始形成冰时，仅基于液相的估计变得不那么确定。深层上升气流中的极端超饱和度 最近发表的一项配套研究为这些发现提供了额外支持。研究人员利用德克萨斯州和路易斯安那州沿海的ESCAPE飞行器活动的数据，独立检测到深层对流上升气流中约11%的罕见但极端的准稳态超饱和度。两项研究表明，高水蒸气超饱和度出现在最可能发生凝结气溶胶对流增强的云环境中。在强上升气流中，可靠的最大值出现在相对低的云滴浓度中。当云中含有更多云滴时，它们的总表面积增加。更多的水蒸气会在这些云滴上凝结，从而减少估计的超饱和度。热带云内的隐秘燃料 这些观察结果并不证明气溶胶导致了采样云变得更强。相反，它们表明适用于凝结气溶胶增强所需的大气条件可以在真实的热带对流云中发展。高超饱和度充当了额外细微或超细气溶胶颗粒可以用来形成更多云滴的“燃料”。这些云滴能够增加凝结，释放额外的潜热，并可能增强云的上升气流。研究的核心发现不仅在于极端超饱和度的存在。科学家还必须检查正确类型的云以探测到这一现象。“以往的研究关注污染或浅层云——这些类型通常不会创造出凝结增强所需的高超饱和度条件。因此，他们未能看到这种机制的运作并不令人惊讶，”参与两项研究的耶路撒冷希伯来大学和武汉大学的丹尼尔·罗森菲尔德表示。“我们的观察表明：如果你想看到这个机制的运作，就需要查看位于海洋上的深层干净云。” 直接测试云机制 研究人员现在计划通过专门的飞行器活动更直接地测试提议的过程。这些研究将比较干净和污染的热带对流云，特别关注强大的上升气流区域。科学家还需要更好地区分云内的液相和冰相。“我们最终的目标是改善对气溶胶对深层对流、降水、闪电和气候影响的物理理解与预测，”罗森菲尔德说。