太平洋西北国家实验室 强对流只是城市土地和人为产生的气溶胶形成危险天气的一种方式
根据PNNL科学家的新研究，持续时间更长的降雨和更大的冰雹是城市景观和风暴相互作用的其他潜在副产品
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com 城市景观和人造气溶胶——悬浮在大气中的颗粒——不仅有可能使阵风变强，冰雹变大；根据美国大学科学家领导的探索城市发展对危险天气影响的新研究，它们也能更快地引发风暴，甚至将风暴拉向城市
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能源部西北太平洋国家实验室
通过模拟两次雷暴——一次在德克萨斯州的休斯顿附近，另一次在密苏里州的堪萨斯城
——大气科学家范继文梳理了城市景观和人为气溶胶对风暴、雨和冰雹的单独和协同效应
以堪萨斯城风暴为例，城市土地和气溶胶共同作用，将大冰雹的频率放大了大约20%
在休斯顿，除了其他变化之外，一场原本温和的雷雨扩大了，降雨持续时间更长，发展更快
范在美国地球物理联合会2020年秋季会议上分享了她的发现
1，并在12月12日星期二回答了问题
15
“我们研究的新奇之处在于，我们将城市土地和气溶胶放在一起考虑，”范说，“而不是它们各自的影响
" 在以前的工作中，研究人员已经表明，城市土地通过其地形性质和产生的热量来塑造天气
城市通常比它们周围的环境更温暖，因为建筑不仅吸收和保留太阳热量的方式不同于树木和农业用地，而且阻挡了风的流动
然而，许多研究主要集中在城市和气溶胶是如何改变降水和温度的，或者只是分别考察这些因素的影响，而不是它们的共同作用
模拟风暴揭示了危险天气的变化 范模拟了两种非常不同类型的风暴:堪萨斯城的猛烈、旋转、充满冰雹的雷暴，以及休斯顿的温和、海风引发的雷暴
她模拟了相同风暴的多个版本，有或没有城市和气溶胶，以隔离这两个不同因素的影响
在休斯顿，下午的阵雨越来越大，因为城市土地和气溶胶协同作用扩大了降雨量
与没有城市的模拟相比，降雨使休斯顿提前了大约半个小时落雨，总降雨量增加了1
5毫米
受城市土地的影响，海风也吹得更大了
当来自海风的较冷、较稠密的空气流向休斯顿时，它带来了湿气，并与较暖、较轻的城市空气发生冲突
两者相遇后混合在一起，与没有城市土地的模拟相比，产生了更强的对流
休斯顿的雷暴云最初是只有液滴的暖云，但增强的海风导致了向混合相云的快速转变，混合相云是由水蒸气、冰粒子和过冷水滴同时混合而成的
范说，即使在海风吹拂后，城市的余热在整个晚上继续为风暴对流提供能量，导致持续时间更长的降雨
与此形成对比的是，范模拟的城市被移除，显示出一股较弱的海风和一场消散较快的风暴
气溶胶在增加降水方面的作用比休斯顿的城市土地更大
随着混合相云的形成和对流的增强，大量的超细粒子转化为云滴
这种转变增强了水汽向云凝结体的转化，从而增加了潜热并进一步加强了风暴
在堪萨斯城的风暴中，来自城市的热量被带到顺风方向，在那里它遇到了已经形成的北部城乡交界处的风暴
当更温暖、更干燥的空气与更凉爽、更潮湿的农村空气相遇时，它会加强辐合，产生湍流混合和更猛烈的风暴，向城市土地移动
与休斯顿的雷暴形成对比的是，堪萨斯城的气溶胶并不影响风暴的开始或传播，也不会对冰雹产生很大影响
但是，当在城市土地上模拟时，这两种冰雹增强了，协同产生了更危险的冰雹
范说，由于这种关系，在探索城市对天气的影响和相关危害时，考虑城市土地和气溶胶是很重要的
单是冰雹就给美国造成了数十亿美元的损失
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根据国家海洋和大气管理局的说法，特别大的冰雹有可能以每小时100英里以上的速度落下
气溶胶的计算 范表示，城市土地和气溶胶对天气的影响不同，取决于其他环境条件，比如空气是否已经被污染
“气溶胶的影响实际上取决于背景浓度，”范说
“如果环境已经被污染，增加更多的气溶胶似乎不会有太大影响
但是如果你已经处于清洁状态，并且添加了气溶胶，它可能会产生很大的影响
" 范说，休斯顿繁忙的航运通道和附近的炼油厂(其中三个位于市区)定期向大气中排放气溶胶
她补充说，湿度也会放大气溶胶效应
范希望她的工作可以导致更准确的危险天气预测，减轻风暴造成的死亡和破坏
她计划更深入地探索在未来的气候情景中，无序扩张的城市化将如何塑造严重的风暴
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