广泛的城市开发改变了天气模式
休斯顿地区的铺筑地面让城市比更天然的地面更热。其结果是，这座城市和附近沿海地区的夜间温度常常更加相似，这削弱了夏季微风并且让空气污染积累起来。这种无风的情况还在白天持续存在，这是由于更大尺度的风模式。
把重点放在休斯敦地区的一项新研究提示，广泛的城市开发改变了天气模式，这可能让污染物在温暖的夏季天气更容易积聚起来，而不是被吹到海洋上。
这项国际合作的研究可能对于美国和其他国家的中纬度地区的迅速发展的沿海城市的空气质量具有意义。其原因在于：单排商业区、土地细分和其他铺筑的地面区域的扩张可能与清除烟雾以及其他污染物所需的微风相互作用。
这个研究组把大规模的大气观测与计算机模拟结合起来，从而研究铺筑的地面对休斯敦的微风的影响。他们发现，由于铺筑的地面吸热并且在夜间让地面保持相对温暖，陆地与海洋温度的差异在夏季减少了。这反过来又导致了夜间风的减少，如果夜间风不减少，它就会把污染物吹到海洋上。
此外，建筑结构与局部的风相互作用，并且对相对无风的下午天气状况有贡献。
“休斯敦已开发的区域对当地空气污染有重大影响，”设在美国科罗拉多州Boulder的国家大气研究中心（NCAR）的科学家、这项新研究的第一作者Fei Chen说。“如果这个城市继续扩张，它就会让风在夏季变得更弱，而这将让空气污染变得远远更严重。”
尽管Chen提醒说还需要进行更多的研究从而更好地理解城市开发对风模式的影响，他说这项研究最终可能帮助预报人士改善对重大污染事件的预测。随着各个城市着手治理不健康的空气，政策制定者也有可能考虑新的开发方式。
这篇论文将发表在本月出版的美国地球物理联合会（AGU） 《地球物理学研究杂志：大气》（Journal of Geophysical Research- Atmospheres）上。
休斯敦因为其石油化学设施、蔓延的郊区以及绵延数英里的堵车的组合而闻名，它是美国地面臭氧和其他空气污染物浓度最高的地区之一。州和联邦官员长久以来着手管理来自工厂和机动车的排放，从而努力改善空气质量。
这项新的研究提示，把重点放在这座城市的开发模式上并增加其已经规模很大的公园系统也可能提供空气质量的收益。
“如果你让这座城市更绿色、制造出湖泊和池塘，那么即便污染排放不变，空气污染也可能更少。”Chen解释说。“这座城市的夜间温度就会比原来低，风就会更强，把污染物吹到墨西哥湾。”
Chen还说，需要进行更多的研究从而确定铺筑的地面是否对海上微风最强的中纬度其他城市具有类似的效应。从洛杉矶到上海的沿海城市正在奋力减少空气污染水平。然而，由于每个城市的地形以及气候皆不相同，还不清楚铺筑地面的扩张是否会显著影响风的模式。
在这项关于休斯敦的研究中，Chen和他的同事把重点放在了从2000年8月30日开始在休斯敦-加尔维斯敦地区出现的一个为期9天的不寻常的炎热、无风以及高污染天气的发生上。他们选择这一时间部分是由于他们可以利用那年夏天参加一个称为德克萨斯空气质量研究2000（Texas Air Quality Study 2000）的实地项目的科研人员进行的大规模大气测量数据。那个项目是由美国国家海洋和大气管理局、美国能源部、几所大学以及德克萨斯自然资源保护委员会进行的。
除了对现实世界的测量，这个研究组还用美国国家大气研究中心（NCAR）的先进天气研究与预报模型进行了一系列的计算机模拟。
Chen和他的同事把重点放在了风的模式上，这是由陆地和海洋的温度差异驱动的。正如其中一个计算机模拟所显示的，如果休斯敦被农田而非铺筑的地面覆盖，在夏季，内陆空气将比海洋空气吸收更多的热，导致海上的微风在下午吹向陆地。相反，随着内陆空气在夜间变得比海洋空气更冷，陆地的微风将向海洋方向吹去——这就可能把污染物吹走。
相比之下，现实中的休斯顿铺筑地面在白天吸收了更多的热，在夜间更温暖。由于以下三个原因，这导致了无风：
•在夜间，这座城市的温度与近海地区的相似。缺少显著的温度梯度具有减少风的效应。
•在白天，具有热的铺筑地面的城市地区倾向于把空气从海洋上引来。然而，这种空气被吹向海洋的盛行风模式抵消了，导致了这座城市上空大气相对较少的净运动。
•建筑物和其他结构比相对平滑的农田表面或草原等自然表面远远更多地破坏了局部的风。这倾向于进一步减少微风。
这篇论文说：“正是休斯敦地区的存在促进了无风。”
这项研究还发现，干旱的情况可能让空气污染恶化。这是由于干燥的土壤倾向于比湿润的土壤在白天更迅速地升温。它在夜间释放出了更多的热，减少了陆地与海洋的温差，因此也就减少了夜间的微风。
通过比较2000年进行的观测和对休斯敦地区风与温度的计算机模拟，这组科研人员就能够证实先进天气研究与预报模型准确地描绘了地方气象情况。
这项研究受到了美国空军气象局、美国国防威胁降低局以及美国国家科学基金会的资助。
EurekAlert!
