研究興趣
研究興趣重點為雲與氣膠微物理,空氣污染,雲─氣膠─氣候交互作用;研究方法主要為進行物理參數法,透過區域與全球模式進行數值模擬,並配合地面與衛星觀測資料的分析。
代表著作
Chen, J.-P., 1994: Theory of deliquescence and modified Köhler curves. J. Atmos. Sci., 51, 3505–3516. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1994)051%3C3505:TODAMK%3E2.0.CO;2
Chen, J-.P.*, and D. Lamb, 1994: The theoretical basis for the parameterization of ice crystal habits: Growth by vapor deposition. J. Atmos. Sci., 51, 1206–1221.
Chen, J-.P.*, 1999: Particle nucleation by recondensation in combustion exhausts. Geophys. Res. Lett., 26, 2403–2406. https://doi.org/10.1029/1999GL900510
Chen, J.-P.*, and S.-T. Liu, 2004: Physically-based two-moment bulk-water parameterization for warm cloud microphysics. Q. J. Royal Meteor. Soc., 130, Part A, 51–78. https://doi.org/10.1256/qj.03.41
Chen, J.-P.*, A. Hazra, and Z. Levin, 2008: Parameterizing ice nucleation rates using contact angle and activation energy derived from laboratory data. Atmos. Chem. Phys., 8, 7431–7449. https://doi.org/10.5194/acp-8-7431-2008
Chen, J.-P.*, I-C. Tsai and Y.-C. Lin, 2013: A statistical-numerical aerosol parameterization scheme. Atmos. Chem. Phys., 13, 10483–10504. doi: 10.5194/acpd-13-12033-2013.
Chen, J.-P.*, and T.-C. Tsai, 2016: Triple-moment modal parameterization for the adaptive growth habit of pristine ice crystals. J. Atmos. Sci., 73, 2105–2122. doi:10.1175/JAS-D-15-0220.1
Li, N., J.-P. Chen*, I-C., Tsai, Q. He, S.-Y. Chi, Y.-C. Lin, T.-M. Fu, 2016: Potential impacts of electric vehicle on Taiwan's air quality. Sci. Total Environ., 566-567, 919-928. doi:10.1016/j.scitotenv.2016.05.105
Lin, Y.-C., J.-P. Chen*, T.-Y. Ho and I-C. Tsai, 2015: Atmospheric iron deposition in the Northwestern Pacific Ocean and its adjacent marginal seas: the importance of coal burning. Global Biogeochem. Cycles, 29, 2, 138–159. doi:10.1002/2013GB004795.
Tsai, T.-C., and J.-P. Chen*, 2020: Multi-moment ice bulk microphysics scheme with consideration for particle shape and apparent density. Part I: Methodology and idealized simulation. J. Atmos. Sci., 77, 5, 18211850. https://doi.org/10.1175/JAS-D-19-0125.1
重要研究與突破
自Chen and Liu (2004)的工作以來,敝團隊就開始發展先進的總體微物理方案;該方案使用了詳盡的細格模式,將暖雲過程進行統計參數化,具有較高的精度和計算效率。該CL04方案先是實施到MM5模式型中 (Cheng等,2007),然後再與雙矩量(2M)冰相方案結合(Cheng et al., 2010);隨後又被耦合到WRF模式中,應用於許多個案例研。 最近又發展出三矩量(3M)閉合方案進行了升級,並根據早年所開發的理論參數法 (Chen and Lamb 1994)發展出可模擬冰晶形狀和密度變化的參數法(Chen and Tsai 2016; Tsai and Chen 2020),稱為 NTU 3M方案,現在是WRF模式中的微物理選項56,可詳細處理氣溶膠-雲交互作用,包括解析過飽和度及凝結核的活化,以及基於Chen et al (2008)和Hoose et al. (2010)的理論參數化可考慮不同物種和尺寸的冰核的作用。該方案並考慮了來自雲滴蒸發的氣溶膠再循環,並且還可以追踪各種水物顆粒內的冰核,以確實描述氣溶膠和雲之間的完整交互作用。
在“氣候變遷研究聯盟”計畫的共同努力下,我們致力於改善全球氣候模式中的方案。在許乾忠、蔡宜君的合作下,完成了以下主要任務:I. 將3M氣溶膠方案(Chen et al. 2013)納入NCAR CAM5和TaiESM全球模式,以替代原有的2M方案。II.將NTU 2M 雲微物理方案整合到CAM5和TaiESM中,用於層狀雲模組。III. 修改TaiESM中的積雲參數化方案,納入NTU 2M暖雲方案,並允許雨滴在雲中沉降,以更確實地描述降水過程。IV. 發展新的參數化方案(Wang and Chen 2019),以快速準確地診斷雲底的雲滴數濃度,以利在全球模式中描述氣溶膠-雲交互作用 。V. 在CAM5中合併宏觀與微觀雲物理方案,使其間相關過程更一致化,並改進了雲內飽和度和WBF過程的處理,以及改善活化/核化過程。
其他跨領域課題的成果包括 I.通過模擬自然(礦物沙塵)和人為(煤灰)的鐵排放和傳輸,我們發現工業活動對西北太平洋的可溶性鐵的貢獻可能大於自然源 (Lin et al. 2015) 。II.通過參數化和數值模擬,我們發現雨水以”莖根流”的方式可更快更深地滲透到土壤中;此過程可顯著影響陸地-大氣的水分和能量交換 (Kuo et al. 2016)。III. 評估了輕型電動汽車(EV)全國普及後對台灣空氣品質的影響 (Li et al. 2016)。結果顯示,EV的普及可以減少NOX,VOC,CO和PM2.5的淨排放,但增加SO2的淨排放。總體而言,EV的普及將使台灣主要城市的污染事件減少多達60%。IV. 根據動力傳遞理論研究了大氣水穩定同位素分餾受雲微物理過程的影響(Tsai et al. 2019),顯示早期使用的熱平衡假設可能導致平均汽相D高估11‰,最大差值可能超過20‰。初始同位素垂直分佈、下邊界條件和雲微物理分餾都對D的分佈有重要影響。
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