科学家揭示大规模洪水背后的隐藏触发因素

这项研究于6月4日发表在《水文气象学杂志》(Journal of Hydrometeorology)上，分析了1980年至2023年间美国西海岸122个流域的43,000多次大气河流风暴。研究人员发现，洪水的主要驱动力之一是土壤湿润，当风暴来袭时无法吸收更多水分。研究表明，当土壤已经湿润时，洪峰平均高出2至4.5倍。这些发现有助于解释为什么有些大气河流风暴会引发灾难性洪水，而其他强度相当的风暴则不会。即使是较弱的风暴，如果降水遇到饱和地表也会引发大洪水，而较强的风暴则可能为干旱地区带来急需的水分且不引发洪水。

"主要发现归结为：任何事件（尤其是大气河流风暴）引发的洪水，不仅是风暴规模和强度的函数，还与地表状况密切相关，"该研究的主要作者玛丽亚娜·韦布（Mariana Webb）表示。她正在沙漠研究所（DRI）和内华达大学里诺分校攻读博士学位。"这项工作证明了前期土壤湿度在调节洪水事件中的关键作用。有趣的是，洪水规模并不随土壤湿度增加而线性增长——存在一个土壤湿度的临界阈值，超过该阈值后流量会急剧增大。"

该研究还剖析了土壤湿度对洪水影响最大的区域环境条件。在加利福尼亚州和俄勒冈州西南部等干旱地区，当土壤已饱和时遭遇风暴更易引发洪水。这是因为这些区域的流域通常具有浅层黏土质土壤和有限的蓄水能力。由于降水量较低且蒸发率较高，这些区域的土壤湿度变化也更大。相比之下，在植被茂盛的华盛顿州以及喀斯喀特山脉内华达山脉腹地，流域往往拥有更深的土壤和积雪层，蓄水能力更强。尽管土壤饱和在这些地区仍可推动洪水形成，但对洪水管理的价值较低，因为土壤常年湿润或被积雪覆盖。

韦布表示："我们希望找出那些通过额外土壤湿度信息能提升洪水风险认知的流域。正是在更干旱气候的流域——由于蒸发作用导致土壤湿度多变且降水不规律——才能真正看到洪水预测的改进空间。"

虽然目前通过美国农业部SNOTEL网络等气象监测站测量土壤湿度数据，但相比降雨等其他指标，观测点相对稀疏。单个流域内的土壤湿度也可能差异巨大，因此通常需要多个站点才能为专家提供有助于洪水预测的清晰图景。随着大气河流日益频繁和剧烈，在识别出的高风险流域（包括实时土壤湿度观测）增加监测，可显著提升预警系统和洪水管理能力。

通过使洪水风险评估适应特定流域的物理特征和气候，该研究可改进洪水风险预测。研究表明洪水风险不仅随风暴规模和强度增加，还与土壤湿度相关，强调了将地表条件纳入大气河流影响评估的价值。"我的研究真正聚焦于大气科学与水文学之间的跨学科领域，"韦布指出，"有时存在脱节：大气科学家关注降水前的环节，而水文学家从降水落地开始工作。我希望能探索如何更好地连接这两个领域。"

韦布与沙漠研究所生态水文学家克里斯汀·阿尔巴诺（Christine Albano）合作完成了这项研究，并借鉴了阿尔巴诺在研究大气河流及其风险和对地貌影响方面的深厚专长。

"虽然土壤饱和被广泛认为是决定洪水风险的关键因素，但玛丽的研究量化了西海岸不同区域达到何种饱和程度会导致洪水风险急剧上升的临界点，"阿尔巴诺表示，"天气预报技术的进步使我们能在大气河流抵达海岸数天前预知其动向。通过将大气河流预报信息与特定流域土壤湿度接近临界饱和程度的知识相结合，我们能进一步完善洪水预警系统。"