本研究由 Ye Mu、Charles Jones 和 Leila M. V. Carvalho（美国加州大学圣塔芭芭拉分校地理系与地球研究所）、Julia Kukulies、Andreas F. Prein、Lulin Xue 与 Changhai Liu（美国国家科学基金会国家大气研究中心，其中 Prein 同时隶属于苏黎世联邦理工学院大气与气候科学研究所）共同完成，发表于 *Journal of Geophysical Research: Atmospheres*，接收日期为 2026 年，文章编号 e2026JD046766。研究利用对流解析模式（convection-permitting model，CPM）预估了南美洲在较工业化前升温约 3°C 情景下低空急流（low-level jet，LLJ）与中尺度对流系统（mesoscale convective system，MCS）的联合响应。
从学术背景看，南美洲是全球对流活动最强烈的区域之一，LLJ 作为沿安第斯山脉东麓持续存在的狭窄北风带，将暖湿空气向副热带输送，是拉普拉塔盆地及南美洲东南部（southeastern South America，SESA）降水与极端降雨的关键水汽通道。MCS 则贡献了该区域暖季降雨总量的绝大部分，其形成、尺度与生命期高度依赖于低层风切变、水汽辐合以及 LLJ 的空间组织。然而，以往基于粗分辨率全球或区域模式的研究难以真实刻画急流—地形相互作用与中尺度对流组织过程，导致未来 LLJ 与 MCS 的结构性变化仍存在很大不确定性。该研究的核心目的，是在大陆尺度对流解析模拟框架下，系统评估人为增暖如何改变 LLJ 的强度、频率与空间路径，以及 MCS 的触发、尺度、持续时间和降水特征，并揭示其背后的大尺度动力与热力学强迫机制。
在数据与方法方面，研究使用了两组为期 22 年、水平格距为 4 km 的天气研究与预报模式（WRF）模拟：一组为历史模拟，对 2000–2021 年 ERA5 再分析资料进行降尺度；另一组为未来模拟，采用伪全球增暖（pseudo-global warming，PGW）方法，将 CESM2 大集合（LENS2）在 SSP3-7.0 情景下 2060–2080 年相对于 2000–2020 年的气候平均变化信号叠加至历史边界条件上。该设计使得两组模拟具有相同的天气尺度变率，从而可以清晰地分离出系统性的背景态变化。LLJ 识别采用基于百分位的方法：某日夜间 850 hPa 风速超过其月第 75 百分位，且 850–700 hPa 垂直风切变同时超过月第 75 百分位时定义一次 LLJ 事件；事件须位于 850 hPa 风速大于 10 m/s 的连续区域内。根据急流核位置将 LLJ 分为中部型、北部型和安第斯型。MCS 的识别与追踪则使用基于对象的追踪算法 tobac（Tracking and Object-based Analysis of Clouds），应用于模拟的红外亮温与降水场，并设置了云盾亮温、面积、持续时间、最大小时降水率、降水体积和最低亮温等多重阈值。
研究结果显示，未来气候中 LLJ 强度与频率呈现出明显的纬度对比。副热带安第斯山段（15°S–25°S）的中部型与安第斯型 LLJ 显著增强，急流核心区风速增加约 +1.0 至 +2.0 m/s，强事件频率增加约 5%；而热带段（0°–10°S）的北部型 LLJ 则普遍减弱，中等强度事件频率减少近 20%。这种变化与哈德莱环流和沃克环流的热力学减慢以及哈德莱环流极向扩展一致。与此同时，MCS 的触发频率也表现出对不同急流类型和强度的依赖性：强中部型 LLJ 事件下，SESA 拉普拉塔盆地尤其是安第斯山东坡和阿根廷北部平原的 MCS 触发频率显著增加；强北部型 LLJ 事件下，亚马孙西北部的对流组织则受到抑制；安第斯型 LLJ 则表现出极化特征，弱事件对应安第斯山麓对流触发减少，强事件则在科尔多瓦山脉附近局地增强。
关于 MCS 特征，研究揭示了热力学增强与动力学分叉并存的格局。在所有急流类型下，MCS 的平均降水强度和最大降水强度均普遍增强，极端尾部增幅约为 10%–15%，部分安第斯型弱急流事件中位数最大降水率增幅可达约 +4.5 mm/h（约 10%）。这与克劳修斯—克拉佩龙关系中约 7%/°C 的水汽增加预期基本一致。然而，MCS 的尺度与持续时间则强烈依赖于急流强度。在 SESA，强中部型 LLJ 事件中 MCS 最大面积在上分位数增加约 +25,000 至 +50,000 km²（约 10%），持续时间中位数增加约 +0.5 小时，极端尾部增加接近 +1.0 小时；而弱急流事件中 MCS 尺度与持续时间则系统性减小。安第斯型 LLJ 同样呈现强急流对应更大、更长生命期 MCS，弱急流对应更紧凑、更短命但瞬时雨强更极端的风暴。在亚马孙西部，弱北部型 LLJ 事件中 MCS 面积和持续时间反而增大、延长，但最大降水强度下降；强北部型 LLJ 事件中系统整体变小、变短，仅极端尾部出现扩张。这种结构变化符合 RKW 理论中冷池涡度与环境低层垂直风切变平衡控制对流组织模态的框架。
大尺度环流分析进一步表明，PGW 模拟中副热带 850 hPa 经向风呈显著负异常，即北风增强，有利于向拉普拉塔盆地输送水汽；热带地区则为北风减弱。LENS2 的 850 hPa 经向风异常呈现出从热带太平洋经南大洋弯曲进入南美洲的罗斯贝波列，类似于太平洋—南美遥相关型的正位相，这有助于增强中部型和安第斯型 LLJ。研究还指出，MCS 对总降水的贡献率在 SESA 增加约 +5% 至 +15%，而亚马孙西部虽然总降水减少，但 MCS 贡献率反而上升，反映出该区域从频繁局地对流向更间歇性、有组织对流的转变。
该研究的核心价值在于首次利用大陆尺度对流解析模拟系统量化了南美洲 LLJ 与 MCS 对未来增暖的联合响应。其重要发现包括：热力学增强导致所有区域 MCS 降水强度增加，但风暴形态出现热带与副热带的显著分叉；强 LLJ 通过增强低层风切变促进 MCS 的尺度增长与生命期延长，而弱 LLJ 环境下风暴虽然结构更小，却因对流有效位能增加而出现更强的瞬时降水；大尺度环流中类似太平洋—南美型的静止罗斯贝波列是副热带急流增强的重要背景强迫。研究在方法上的特色在于将 PGW 框架与基于对象的 MCS 追踪以及分强度急流事件条件分析相结合，从而分离了热力学信号与动力学信号对风暴强度和结构的相对贡献。应用价值方面，该研究表明南美洲未来的水文气象灾害风险不能仅以总降水量衡量，还必须考虑风暴形态、持续时间和峰值强度的区域性转变，这对洪水风险评估、水资源管理和适应策略制定具有直接参考意义。