科学家揭示大规模洪水背后的隐藏成因

该研究于6月4日发表在《水文学杂志》（Journal of Hydrometeorology）上，分析了1980年至2023年间美国西海岸122个流域的逾43,000场大气河流风暴。研究人员发现，引发洪水的主要驱动力之一是土壤在风暴来袭时因湿度过高而无法吸收更多水分。数据显示，当土壤已处于湿润状态时，洪水峰值平均高出2至4.5倍。这些发现有助于解释为何某些强度相近的大气河流风暴会引发灾难性洪水，而其他则不会。即便是较弱的风暴，若其降水遭遇饱和土壤也可能引发重大洪水；反之更强的风暴若降水落在干旱地表，反而能带来亟需的水分且不引发洪灾。

研究第一作者玛丽安娜·韦伯（Mariana Webb）表示："核心发现在于，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，更与地表状况密切相关。"韦伯目前正在沙漠研究所（DRI）和内华达大学里诺分校攻读博士学位，她指出："这项工作证明了事件前土壤湿度在调节洪水事件中的关键作用。值得注意的是，洪水规模并不随土壤湿度线性增长——当土壤湿度超过某个关键阈值后，径流量将呈指数级增长。"

研究还揭示了土壤湿度对洪水影响最显著区域的环境条件。在加利福尼亚州和俄勒冈州西南部等干旱地区，若风暴来袭时土壤已饱和则更易引发洪水。这是因为此类流域通常具有浅层、富含黏土的土壤结构及有限储水能力。由于降水量较低且蒸发率较高，这些区域的土壤湿度变异性更大。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，流域通常拥有更深的土壤和积雪层，储水能力较强。虽然土壤饱和在这些区域仍可能促成洪水，但鉴于土壤长期湿润或被积雪覆盖，在洪水管理中监测土壤湿度的价值相对较低。

韦伯解释道："我们旨在识别那些通过额外土壤湿度信息可提升洪水风险认知的流域。正是在蒸发作用导致土壤湿度变化更大、降水持续性较低的干旱气候带流域，洪水预测能力有望获得实质性提升。"

尽管当前可通过美国农业部SNOTEL网络等气象监测站获取土壤湿度数据，但其观测密度远低于降雨量等指标。同一流域内土壤湿度也可能存在巨大差异，因此通常需要多个站点协同才能为专家提供洪水预测的有效依据。随着大气河流日益频繁且强烈，在已识别的高风险流域加强监测（包括实时土壤湿度观测）将显著提升预警系统与洪水管理能力。

该研究通过定制化评估特定流域的物理特征和气候条件，有望改进洪水风险预测。其成果揭示洪水风险不仅随风暴规模和强度递增，更与土壤湿度密切相关，突显了将地表状况纳入大气河流影响评估的重要价值。"我的研究真正聚焦于大气科学与水文学的交叉领域，"韦伯强调，"大气科学家通常关注降水形成过程，而水文学家则从降水落地后开始研究——两者存在认知断层。我致力于探索如何更有效衔接这两个领域。"

韦伯与沙漠研究所生态水文学家克里斯汀·阿尔巴诺（Christine Albano）合作完成了本研究，并借鉴了阿尔巴诺在研究大气河流及其风险与地貌影响方面的深厚专长。

阿尔巴诺评价道："虽然土壤饱和被公认为洪水风险的关键决定因素，但玛丽的研究量化了西海岸不同区域土壤饱和水平导致洪灾风险骤增的临界点。天气预报技术的进步使我们能提前数天观测到逼近海岸的大气河流。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水平的数据相结合，我们能进一步完善洪水预警系统。"