科学家揭示大规模洪水背后的成因

这项发表在6月4日《水文气象学杂志》上的研究，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在风暴来袭时因含水量饱和而失去吸水能力。数据显示，当土壤已处于湿润状态时，洪峰流量平均会升高2至4.5倍。该发现解释了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。即便较弱的风暴若降水遭遇饱和土地也可能引发大洪水，而较强风暴反而可能为干旱地区输送急需的水分却不引发洪灾。

"核心发现表明：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，更与地表状态密切相关，"领导这项研究的玛丽安娜·韦伯表示。她正在沙漠研究所（DRI）和内华达大学里诺分校完成博士学位。"此项工作证明了前期土壤湿度对洪水事件的调节作用具有关键意义。值得注意的是，洪水规模并非随土壤湿度线性增长——存在一个临界湿度阈值，超过该值后径流量将呈现指数级增长。"

研究还揭示了土壤湿度对洪水影响最显著的区域环境特征。在加州和俄勒冈州西南部等干旱地区，土壤饱和时遭遇风暴更易引发洪水。这是因为这些流域通常具有浅层粘土质土壤和有限的储水能力。由于降水较少且蒸发率高，土壤湿度变异性更强。相比之下，在湿润的华盛顿州及喀斯喀特山脉、内华达山脉内陆区域，流域普遍拥有深层土壤和积雪覆盖，储水能力更强。虽然土壤饱和仍会影响这些区域的洪水形成，但因土壤持续湿润或被积雪覆盖，土壤湿度因素在洪水管理中的价值相对较低。

"我们旨在识别那些通过获取土壤湿度额外信息可提升洪水风险认知的流域，"韦伯指出，"正是在蒸发量大使土壤湿度变化剧烈、降水不规律的干旱气候流域，洪水预测能力才能获得实质性提升。"

尽管当前可通过美国农业部的雪量遥测网络（SNOTEL）等气象监测站获取土壤湿度数据，但相较于降雨量等指标，观测站点仍显稀疏。单个流域内的土壤湿度也可能差异显著，通常需要多点监测才能为洪水预测提供清晰依据。随着大气河流日趋频繁剧烈，在已识别的高风险流域（包括实时土壤湿度监测）增加观测点，将显著增强洪水预警系统和管理效能。

通过根据特定流域的物理特征和气候条件定制洪水风险评估，该研究有望改进洪水风险预测。成果不仅证实洪水风险随风暴规模和强度上升，更量化了土壤湿度的影响，凸显了将地表状况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交叉领域，"韦伯解释，"这两个学科存在断层：大气科学家关注降水形成过程，水文学家则从降水落地开始研究。我致力于探索如何更好地衔接这两个领域。"

韦伯与DRI生态水文学家克里斯汀·阿尔巴诺合作完成此项研究，借鉴了阿尔巴诺在研究大气河流及其景观影响风险方面的深厚专长。

"虽然土壤饱和度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达到何种饱和程度会导致洪水风险骤增的临界点，"阿尔巴诺评价道，"现代天气预报技术可提前数天预测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度的程度相结合，我们能进一步完善洪水早期预警系统。"