2025年4月初，一场强大的风暴系统在从美国德克萨斯州到俄亥俄州滞留好几天，给整个地区造成严重破坏，同时伴随致命的龙卷风和泥石流，以及河水上涨导致的洪水泛滥。一些地区的降雨量超过一英尺。

　　我是研究水循环的气候科学家，经常被问到这类极端风暴是如何形成的，气候变化与之有什么关系。极端风暴的形成有两个关键因素。

　　风暴的秘诀

　　暴雨形成的基本条件是湿度和大气不稳定性。

　　首先，要形成风暴，空气中需要含有足够的水分。这些水分来自海洋、湖泊和陆地上蒸发的水，以及树木和其他植物。

　　空气可容纳的水分取决于空气的温度。气温越高，空气可容纳的水分越多，大雨倾盆而下的可能性就越大。这是因为在较高的温度下，水分子具有更多的动能，因此更有可能存在于气相中。空气可容纳的最大水含量是每摄氏度约增加7%。

　　温暖的空气也为风暴系统提供更多能量。当这些蒸汽在冷却过程中开始凝结成水或冰时，会释放出大量的能量，即潜热。这些附加能量助推风暴系统，导致强风和更大的大气不稳定性。

　　这就引出风暴的第二个必要条件：大气不稳定性。

　　大气不稳定性有两个组成部分：上升空气和风切变，风速随高度变化而产生。上升的空气，或上升气流，是必不可少的，因为空气在上升过程中冷却，结果是水蒸气凝结形成降水。

　　当空气在高海拔地区冷却时，形成下沉，在风暴系统的边缘形成一股凉爽干燥的下沉气流。

　　当风切变很少时，下沉气流可抑制上升气流，风暴系统会迅速消散，因为空气中的局部水分被耗尽。然而，强烈的风切变可使风暴系统倾斜，因此下沉气流发生在不同的位置，而暖湿空气的上升气流可继续上升，为风暴提供水分和能量。这通常会导致强烈的风暴系统，从而产生龙卷风。

　　极端暴雨袭击美国

　　正是这些条件的组合，导致四月初美国中西部和南部各州出现的持续而广泛的降雨。

　　中西部地区容易出现极端风暴，尤其是在春季。春季是过渡期，来自北极的寒冷干燥气团在冬季主导这个地区，而在夏季则逐渐被来自墨西哥湾的温暖湿润空气推走。

　　这种气团的碰撞在边界处造成大气的不稳定性，温暖而密度较小的空气被推到寒冷而密度较高的空气上方，从而产生降水。

　　当冷气团推走暖气团时，冷锋形成。当热气团推走冷气团取而代之时，形成热锋。冷锋通常比暖锋移动得快，但速度与两个气团之间的温差有关。

　　4月风暴系统之前的温暖条件缩小了冷热气团之间的温差，大大降低了锋面运动的速度，因而在德克萨斯州和俄亥俄州的上空停滞不前。

　　结果是长时间的降水和反复的暴风雨。温暖的气温也导致气团中含水量高，带来更多降水。此外，强烈的风切变为风暴系统持续提供水分，形成强雷暴和数十个龙卷风。

　　全球变暖和风暴有什么关系

　　随着全球气温上升，变暖的空气更有利于形成极端降水的条件。

　　温暖的空气意味着更多的水分，导致更潮湿、更强的风暴。由于最显著的变暖发生在地表附近，而高层大气正在冷却，这可能会增加风切变和大气的不稳定性，从而为强风暴奠定基础。

　　极地地区的变暖速度也是全球平均水平的两到三倍，降低了两极和赤道之间的温度梯度。这可减弱全球风力。美国大陆的多数天气系统都受到极地急流的调节，因此较弱的急流可减缓风暴的移动，为持续的降水事件创造条件。

　　这些原因都为未来更可能发生极端风暴和洪水创造了条件。