為什麼北美不盛行季風（北美季風越來越不穩定了）

2023-05-07 01:17:28

亞利桑那州梅耶爾附近的一次季風雷擊。季風季節不僅會帶來降雨，閃電也會引發野火。攝影：MARIO TAMA, GETTY IMAGES

撰文：AMY MCKEEVER

眾所周知，死亡谷是北美最炎熱最乾燥的地方，每年的降雨量不到50毫米。但本月早些時候，加州沙漠幾乎打破了單日記錄，達到驚人的37毫米。8月5日席捲全國的風暴引發了山洪，導致大約1000人被困在死亡谷國家公園。

氣象學家說，這是一場千年一遇的風暴——至少現在看是這樣——並將其歸結於北美季風的影響，也被稱為西南季風。

雖然提到季風，人們最常聯想到印度，但它會影響美國的雨季，每年夏天大雨席捲整個美國，其實這種季節性現象在世界各地都有發生。

北美季風季節從6月中旬到9月，大約在一個世紀前首次有記錄。它從墨西哥進入美國西南部的部分地區，墨西哥每年在季風季節獲得的降水佔其年降水量的70%。雖然它的影響遠至西部的死亡谷，但亞利桑那州和新墨西哥州是美國季風的主要受災地區，該季節的降雨量約佔全年降雨量的50%。

位於科羅拉多州博爾德的美國國家大氣研究中心的科學家Andreas Prein說:「季風降雨對西南沙漠極為重要。」儘管季風性降雨具有破壞性，但它們對生命活動也有助益，因為它們補充了乾旱地區的水供應，並能撲滅野火。

隨著氣候變化，地球變得更加炎熱和乾燥，Prein和其他科學家正在尋求更好地了解季風形成的條件，以及如何預測和計劃它。

什麼是北美季風？

季風是一種風向的季節性變化，它會將降雨輸送到大片地區或大陸，通常會造成冬季乾燥和夏季潮溼。儘管人們通常認為季風會帶來持續數周或數月的傾盆大雨，但事實並非如此:季風每天、每年都有很大的變化。

亞利桑那大學北美季風專家Chris Castro說:「準確預測某一天哪些地方會有季風降雨極其困難。」「城市的一部分可能會被季風性降雨淋得很溼——在風暴中可能會下25毫米或更多的雨——而城市的其他部分可能會完全乾燥。」

同樣，有些年份會比其他年份更乾燥。例如，在2020年，西南地區創下了最乾燥、最炎熱的季風季節記錄，降雨量僅為75毫米，隨後在2021年成為有史以來最潮溼的季風季節之一，降雨量為200毫米。

Castro解釋說，儘管從6月中旬到9月下旬可能不會每天都下雨，但建立數據能幫助確定季風季節的雨期，有助於公眾為季風雷暴帶來的危險做好準備，其中就包括狂風吹過乾燥的土地所造成的暴洪和沙塵暴。

這些風暴也會影響美國西南部春季開始的野火季節。暴雨會導致泥石流——一種由土壤、巖石、水和其他物質形成的瀑布狀泥漿，而植被通常會使泥石沙土保持在原位。季風季節早期的雷暴也會點燃這片乾涸的土地。

但北美季風也結束了野火季節，因為降雨後氣溫降低，空氣和土壤的溼度增加。當季風季節推遲或者比平時乾燥時，野火有更多的時間燃燒。但是，要想了解季風每年變化如此之大的原因，首先要了解造成季風變化的原因。

北美季風的成因是什麼？

大多數季風被認為是由乾旱的亞熱帶地區的陸地和水的溫度變化引起的。一年中的大部分時間，這些地區的風都吹向海洋。然而，在夏季，陸地比海洋升溫快得多。由於暖空氣的密度小於冷空氣，陸地上空的氣壓開始下降——當海洋上空的高壓系統開始向內陸推進時，觸發了風的轉移。

Castro說，這是人們長期以來對北美季風成因的理解，他認為這仍然是最好的解釋。但氣候科學家對此卻各執一詞，展開辯論。

加州大學伯克利分校的氣候科學家William Boos對季風的成因持不同觀點。他說:「這是地球上最奇特、最小的季風。」他說，雖然大多數季風在雷達圖上看起來像一個「大斑點」，但北美季風相當弱。這種不尋常的結構讓他懷疑是否有另一種力量在起作用——比如墨西哥西北部的馬德雷山脈。

為了調查這個問題，Boos和他的團隊進行了模擬，模擬如果馬德雷山脈不存在，季風會發生什麼。他們推測，它可能會改變或削弱季風，但「我們發現這直接阻止了北美季風的形成。」

2021年11月，他在《自然》雜誌上發表的研究表明，北美季風不是由不同的溫度造成的，而是由從馬德雷山脈反彈過來的高速氣流造成的。山脈使大部分向東的急流偏轉到南部的熱帶地區，然而一些溫暖潮溼的空氣仍然設法向東越過山脈。Boos說:「這些山脈所做的就是為抬升急流，使降雨集中在這一地區。」

Castro說，甚至需要更高解析度的模型——精確到千米——才能確定山脈是否起了作用。但Boos不同意這種說法，不過他承認，要驗證這一假設還有更多的工作要做。他的團隊現在正在分析過去40年的歷史數據，看看它是否與這一理論相符。

預測季風

對北美季風有更好的了解有助於該地區在水供應方面做出關鍵的管理決定。然而，與此同時，科學家們已經在開發更好的工具來預測在任何給定的季節裡的水量。

Prein在最近的一項研究中發現了一種更好的季風預測方法，他解釋說，通常用於季節預測的模型過於粗糙，無法很好地模擬季風，因為它們不能真正代表該地區的地形。他說:「我們的研究試圖找到一個解決這個問題的方法。」

通過分析過去40年的氣象數據，Prein的團隊發現，大氣中的潮氣波動，即使距離地面不到1.6千米，也是季風降雨的最佳預報器。然後，將這些數據代入現有的預測模型中，研究表明其中一個模型——歐洲中期天氣預報中心——可以正確地提前幾個月預測任何給定歷史年份的季風降雨。

Castro說，這些發現對供水管理至關重要。例如，在4月份發現即將到來的季風季節將是乾燥的，社區會根據季風情況調整他們的水資源保護計劃。與此同時，潮溼季風的預報將給他們提供收集和儲存季風降雨的警告——尤其是現在，氣候變化使其變得越來越不穩定。

氣候變化和季風

作為一名北美季風專家，人們一直在問Castro，隨著氣候變得越來越炎熱和乾燥，這種季節性現象是否能拯救西南部的乾旱。「我說，不，它不會解決該地區的水資源短缺問題。」

關於氣候變化將如何影響季風的文獻褒雜不一，但Castro表示，有一件事是明確的，即地球大氣的變暖將使其容納成倍增加的水蒸氣。這意味著，如果已經具備了降雨條件，大氣中的水分會使風暴更大、更強烈。Castro說:「過去兩年的情況確實說明了這一點。」

他自己的研究支持了這樣一種理論，即氣候變化導致季風性降雨越來越強烈，且頻率越來越低。在一項分析美國西南部1951年至2010年歷史數據的研究中，Castro的團隊發現，多年來，平均降雨量下降，而極端降水卻增加了。

這些變化對該地區有重大影響，因為該地區還沒有準備好每隔幾年就面臨一場千年一遇的風暴。更強烈的風暴會導致洪水泛濫——正如死亡谷的情況——並引發具有大規模破壞性的泥石流，導致公路和鐵路線路關閉。Castro說，依靠強季風雨獲取水源也很困難，因為很多雨水會衝刷土地。

「所以必須要徹底重新思考，如何儲存這些更強烈但間歇性降落的水？」他補充說，這可能意味著加大對雨水收集的投資，或者建造將雨水導入池塘以補充地下水的方法。

Prein說，氣候不斷變化，北美季風的未來最終仍有待討論。但隨著科學家們繼續調查圍繞著季風的許多其他問題，預計能夠找到一些問題的答案。

他說:「現在有新的模型，可以幫助我們提前幾個月預測季風降雨，這真的很令人興奮。」「我認為我們已經在更好地理解季風帶來的氣候變化信號。」

（譯者：張淏然）