环境热力学效应对美国未来中尺度对流系统和孤立深对流变化的影响：案例研究

摘要 中尺度对流系统（MCSs）和孤立深对流（IDC）对全美各地的局地天气状况和水循环具有显著影响。气候变暖背景下它们在未来的变化对社会至关重要。然而，由于气候模型模拟同时综合了动力学和热力学因素，很难借此解析环境热力学变化对其产生的确切影响。本研究通过一个案例研究，探索了一种隔离环境热力学效应对其未来变化影响的理论建模方法。在2020年夏季的50天周期内，一对对流允许模型模拟表明，在伪全球变暖情景下，内陆和沿海地区的 MCSs 与 IDC 呈现出截然相反的变化。在这些模拟的热力学环境驱动下，单柱气块模型显示 IDC 的发生频率有所下降，但在变暖背景下持续时间和降水量有所增加，这归因于最不稳定对流有效位能（MUCAPE）、对流抑制能（MUCIN）和可降水量（PW）的上升。多柱气块模型揭示了内陆和沿海地区之间 MCSs 频率和平均面积的差异化变化，突显了内陆地区平均 MUCIN 的增加以及沿海地区平均 MUCAPE 和 PW 的增加。内陆地区平均 MCS 面积的增加与加速的阵风锋和增强的下沉强度之间的相互作用有关，这进一步可追溯至大尺度环境中平均 MUCIN 保持不变但平均 MUCAPE 增加。这些案例研究结果表明，环境热力学变化在控制变暖背景下 MCSs 和 IDC 的特征方面发挥着主导作用。