人为气溶胶在天气和气候过程中发挥重要作用。气溶胶作为云凝结核，一方面影响云的形成和发展，从而改变降水的强度和频率；另一方面，气溶胶也改变云的辐射和光学特性，影响云的反射和吸收太阳辐射的能力，从而影响地-气辐射平衡和气候变化。

在上述科学问题中，气溶胶对云滴粒径的影响是核心因素。传统观点认为，气溶胶增加导致云滴数浓度增加，云滴粒径变小（即Twomey效应）。然而，近期的一些遥感观测结果对上述传统观点提出了挑战。观测发现，大气中不仅存在Twomey效应，还存在Anti-Twomey效应，即云滴粒径随气溶胶增加而增大。目前对上述矛盾现象背后科学机制的认识尚不清楚，这直接关系到科学评估气溶胶的间接气候效应。

针对上述问题，北京城市气象研究院权建农研究员团队联合美国布鲁克海文国家重点实验室、中国气象局人工影响天气中心、美国马里兰大学等科研机构开展研究。研究人员基于2008-2020年中国区域开展的云物理飞机观测数据，证实了大气中同时存在Twomey效应和Anti-Twomey效应，并且发现上述结果与气溶胶浓度密切有关。

在低气溶胶区间时表现为Twomey效应，而在高气溶胶区间时则转为Anti-Twomey效应，对应的气溶胶浓度阈值约为2.0x10 3cm-3。气溶胶可通过宏微观过程影响云滴粒径，为有效识别不同过程的相对贡献，研究人员发展了一种云滴粒径影响过程量化分解方法，将气溶胶对云滴粒径的影响有效分解为云滴数浓度效应、云滴离散度效应、云体厚度效应和夹卷效应。

解析结果表明，云滴数浓度效应在不同气溶胶区间均表现为负效应，即云滴数增加导致云滴粒径减小，而云滴离散度效应则为正效应。值得注意的是云体厚度效应和夹卷效应由低气溶胶区间的负效应转为高气溶胶区间的正效应，这是导致低气溶胶区间Twomey效应转为高气溶胶区间Anti-Twomey效应的关键因素。

进一步研究揭示了云-边界层耦合过程是导致上述差异的核心机制。云-边界层耦合过程一方面将边界层内高浓度气溶胶输送至云内，导致云滴数浓度增加、云滴粒径减小；另一方面还将边界层内的水汽和动能输送至云内，导致云体发展更加旺盛、云内液水含量增加，后者导致云滴粒径增加，甚至超越了云滴数浓度效应。

以上工作科学解释了大气中同时存在Twomey效应和Anti-Twomey效应的矛盾现象，凸显了云-边界层耦合过程在云降水过程中的重要作用，而发展的云滴粒径分解方法则有助于今后科学评估气溶胶的间接气候效应。

以上成果近期已在 Geophys. Res. Lett. 发表，原文链接： https://doi.org/10.1029/2025GL119748。

图1 两类气溶胶背景下云滴粒径对气溶胶的敏感性，以及云滴数浓度效应、云滴离散度效应、云体厚度效应和夹卷效应对云滴粒径变化的相对贡献。