亚利桑那州梅耶尔附近的一次季风雷击。季风季节不仅会带来降雨，闪电也会引发野火。摄影：MARIO TAMA, GETTY IMAGES
撰文：AMY MCKEEVER
众所周知，死亡谷是北美最炎热最干燥的地方，每年的降雨量不到50毫米。但本月早些时候，加州沙漠几乎打破了单日记录，达到惊人的37毫米。8月5日席卷全国的风暴引发了山洪，导致大约1000人被困在死亡谷国家公园。
气象学家说，这是一场千年一遇的风暴——至少现在看是这样——并将其归结于北美季风的影响，也被称为西南季风。
虽然提到季风，人们最常联想到印度，但它会影响美国的雨季，每年夏天大雨席卷整个美国，其实这种季节性现象在世界各地都有发生。
北美季风季节从6月中旬到9月，大约在一个世纪前首次有记录。它从墨西哥进入美国西南部的部分地区，墨西哥每年在季风季节获得的降水占其年降水量的70%。虽然它的影响远至西部的死亡谷，但亚利桑那州和新墨西哥州是美国季风的主要受灾地区，该季节的降雨量约占全年降雨量的50%。
位于科罗拉多州博尔德的美国国家大气研究中心的科学家Andreas Prein说:“季风降雨对西南沙漠极为重要。”尽管季风性降雨具有破坏性，但它们对生命活动也有助益，因为它们补充了干旱地区的水供应，并能扑灭野火。
随着气候变化，地球变得更加炎热和干燥，Prein和其他科学家正在寻求更好地了解季风形成的条件，以及如何预测和计划它。
什么是北美季风？
季风是一种风向的季节性变化，它会将降雨输送到大片地区或大陆，通常会造成冬季干燥和夏季潮湿。尽管人们通常认为季风会带来持续数周或数月的倾盆大雨，但事实并非如此:季风每天、每年都有很大的变化。
亚利桑那大学北美季风专家Chris Castro说:“准确预测某一天哪些地方会有季风降雨极其困难。”“城市的一部分可能会被季风性降雨淋得很湿——在风暴中可能会下25毫米或更多的雨——而城市的其他部分可能会完全干燥。”
同样，有些年份会比其他年份更干燥。例如，在2020年，西南地区创下了最干燥、最炎热的季风季节记录，降雨量仅为75毫米，随后在2021年成为有史以来最潮湿的季风季节之一，降雨量为200毫米。
Castro解释说，尽管从6月中旬到9月下旬可能不会每天都下雨，但建立数据能帮助确定季风季节的雨期，有助于公众为季风雷暴带来的危险做好准备，其中就包括狂风吹过干燥的土地所造成的暴洪和沙尘暴。
这些风暴也会影响美国西南部春季开始的野火季节。暴雨会导致泥石流——一种由土壤、岩石、水和其他物质形成的瀑布状泥浆，而植被通常会使泥石沙土保持在原位。季风季节早期的雷暴也会点燃这片干涸的土地。
但北美季风也结束了野火季节，因为降雨后气温降低，空气和土壤的湿度增加。当季风季节推迟或者比平时干燥时，野火有更多的时间燃烧。但是，要想了解季风每年变化如此之大的原因，首先要了解造成季风变化的原因。
北美季风的成因是什么？
大多数季风被认为是由干旱的亚热带地区的陆地和水的温度变化引起的。一年中的大部分时间，这些地区的风都吹向海洋。然而，在夏季，陆地比海洋升温快得多。由于暖空气的密度小于冷空气，陆地上空的气压开始下降——当海洋上空的高压系统开始向内陆推进时，触发了风的转移。
Castro说，这是人们长期以来对北美季风成因的理解，他认为这仍然是最好的解释。但气候科学家对此却各执一词，展开辩论。
加州大学伯克利分校的气候科学家William Boos对季风的成因持不同观点。他说:“这是地球上最奇特、最小的季风。”他说，虽然大多数季风在雷达图上看起来像一个“大斑点”，但北美季风相当弱。这种不寻常的结构让他怀疑是否有另一种力量在起作用——比如墨西哥西北部的马德雷山脉。
为了调查这个问题，Boos和他的团队进行了模拟，模拟如果马德雷山脉不存在，季风会发生什么。他们推测，它可能会改变或削弱季风，但“我们发现这直接阻止了北美季风的形成。”
2021年11月，他在《自然》杂志上发表的研究表明，北美季风不是由不同的温度造成的，而是由从马德雷山脉反弹过来的高速气流造成的。山脉使大部分向东的急流偏转到南部的热带地区，然而一些温暖潮湿的空气仍然设法向东越过山脉。Boos说:“这些山脉所做的就是为抬升急流，使降雨集中在这一地区。”
Castro说，甚至需要更高分辨率的模型——精确到千米——才能确定山脉是否起了作用。但Boos不同意这种说法，不过他承认，要验证这一假设还有更多的工作要做。他的团队现在正在分析过去40年的历史数据，看看它是否与这一理论相符。
预测季风
对北美季风有更好的了解有助于该地区在水供应方面做出关键的管理决定。然而，与此同时，科学家们已经在开发更好的工具来预测在任何给定的季节里的水量。
Prein在最近的一项研究中发现了一种更好的季风预测方法，他解释说，通常用于季节预测的模型过于粗糙，无法很好地模拟季风，因为它们不能真正代表该地区的地形。他说:“我们的研究试图找到一个解决这个问题的方法。”
通过分析过去40年的气象数据，Prein的团队发现，大气中的潮气波动，即使距离地面不到1.6千米，也是季风降雨的最佳预报器。然后，将这些数据代入现有的预测模型中，研究表明其中一个模型——欧洲中期天气预报中心——可以正确地提前几个月预测任何给定历史年份的季风降雨。
Castro说，这些发现对供水管理至关重要。例如，在4月份发现即将到来的季风季节将是干燥的，社区会根据季风情况调整他们的水资源保护计划。与此同时，潮湿季风的预报将给他们提供收集和储存季风降雨的警告——尤其是现在，气候变化使其变得越来越不稳定。
气候变化和季风
作为一名北美季风专家，人们一直在问Castro，随着气候变得越来越炎热和干燥，这种季节性现象是否能拯救西南部的干旱。“我说，不，它不会解决该地区的水资源短缺问题。”
关于气候变化将如何影响季风的文献褒杂不一，但Castro表示，有一件事是明确的，即地球大气的变暖将使其容纳成倍增加的水蒸气。这意味着，如果已经具备了降雨条件，大气中的水分会使风暴更大、更强烈。Castro说:“过去两年的情况确实说明了这一点。”
他自己的研究支持了这样一种理论，即气候变化导致季风性降雨越来越强烈，且频率越来越低。在一项分析美国西南部1951年至2010年历史数据的研究中，Castro的团队发现，多年来，平均降雨量下降，而极端降水却增加了。
这些变化对该地区有重大影响，因为该地区还没有准备好每隔几年就面临一场千年一遇的风暴。更强烈的风暴会导致洪水泛滥——正如死亡谷的情况——并引发具有大规模破坏性的泥石流，导致公路和铁路线路关闭。Castro说，依靠强季风雨获取水源也很困难，因为很多雨水会冲刷土地。
“所以必须要彻底重新思考，如何储存这些更强烈但间歇性降落的水？”他补充说，这可能意味着加大对雨水收集的投资，或者建造将雨水导入池塘以补充地下水的方法。
Prein说，气候不断变化，北美季风的未来最终仍有待讨论。但随着科学家们继续调查围绕着季风的许多其他问题，预计能够找到一些问题的答案。
他说:“现在有新的模型，可以帮助我们提前几个月预测季风降雨，这真的很令人兴奋。”“我认为我们已经在更好地理解季风带来的气候变化信号。”
（译者：张淏然）
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