沿海城市面积变化对超级单体组织化的非线性调节作用
许瑞婷  孟智勇
北京大学大气与海洋科学系  100871
城市化可通过热力和动力效应调制局地对流，但其作用随风暴类型及背景环境而异。现有研究已揭示城市对降水统计特征及局地单体、孤立对流的影响，但城市尺度变化如何调节超级单体的形成与组织化仍缺乏认识。前期研究表明，天津城市群可通过热力扰动增强海风进而加强垂直风切，促进2024年7月30日天津北部超级单体的触发和发展。在此基础上，本文进一步探究城市面积变化对超级单体形成、强度和组织方式的调节作用。
基于1-km水平分辨率WRF控制实验对该过程的成功模拟，通过沿城市边缘均匀收缩或扩张城市下垫面，构建面积为控制试验0.5–3.0倍的一系列敏感性试验。通过追踪风暴全过程及其入流环境，比较上升螺旋度（UH）、对流有效位能（CAPE）、抬升凝结高度（LCL）、低层垂直风切变和风暴相对螺旋度（SRH）的响应。
结果显示，城市面积为0.5–0.7倍时，模拟主要呈现普通多单体对流；0.7倍试验后期虽有单体短时UH超过180 m² s⁻²，但未形成持续超级单体。城市面积达到0.8–1.5倍时，各试验均发展出右移超级单体，表明0.7–0.8倍之间存在由多单体向持续旋转风暴转变的阈值特征。各试验风暴前CAPE差异较小，而LCL及0-3km风切变差异明显；0.7–0.8倍附近0–3 km垂直风切变增至20 m s⁻¹以上。风暴演变期间，有无持续超级单体的试验在入流区低层切变和SRH上亦表现出明显区分，说明该转变主要受动力条件限制。
当城市面积进一步扩张至2–3倍时，试验中同时出现2–3个UH超过180 m² s⁻²的中气旋，随后发生合并并伴随超级单体UH快速增加。诊断表明，城市显著扩张后，低层风切变与水平对流卷（HCRs）增强，对流触发数量增多，使更多单体在强切变环境中获得旋转；相近的移动方向进一步有利于旋转单体相互合并和加强。同时，超级单体参数（SCP）和显著龙卷参数（STP）升高，表明环境对旋转风暴发展的支持潜势增强。
结果表明，在本个例及所采用模式配置下，随着城市面积增大，不同敏感性试验中的风暴组织呈现由多单体向持续超级单体、再向多中气旋合并增强转变的非线性响应，该响应主要与低层动力环境改善和对流触发增多有关。该研究深化了对沿海城市下垫面与海风协同调节超级单体组织化过程的认识，并表明城市尺度可能是评估沿海特大城市超级单体形成与增强潜势时需要考虑的重要下垫面特征。
 

城市化,超级单体