科学家揭示了大规模洪水背后的隐藏导火索
大气河流是造成美国西海岸大部分洪水的原因，但也为该地区带来了急需的水分。 然而，这些风暴的规模并不总是转化为洪水风险，因为地面上的其他因素也起着重要作用。 现在，一项新的研究有助于理清洪水的其他驱动因素，以帮助社区和水资源管理者更好地做好准备。 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 43,000 多条大气河流1980 年至 2023 年间，西海岸 122 个流域的风暴。 研究人员发现，洪水的主要驱动力之一是潮湿的土壤，当暴风雨来袭时，这些土壤无法吸收更多的水。 他们表明，当土壤已经潮湿时，洪峰平均高出 2-4.5 倍。 这些发现可以帮助解释为什么一些大气河流风暴会导致灾难性的洪水，而另一些强度相当的河流风暴则不会。 即使是较弱的风暴也可能产生大洪水，如果降水遇到饱和的地球，而更强的风暴可能会为干燥的景观带来所需的水分，而不会造成洪水。 “主要发现归结为这样一个事实，即任何事件引起的洪水，特别是大气河流风暴造成的洪水，不仅是风暴大小和幅度的函数，还取决于陆地表面发生的事情，”该研究的主要作者、正在攻读博士学位的玛丽安娜·韦伯 （Mariana Webb） 说。 在 DRI 和内华达大学里诺分校。 “这项工作展示了事前土壤水分在缓和洪水事件中的关键作用。 有趣的是，洪水量级不会随着土壤湿度的增加而线性增加，土壤湿度有一个临界阈值，超过该阈值，你就会开始看到更大的流量。 该研究还揭示了土壤水分对洪水影响最大的地区的环境条件。 在加利福尼亚州和俄勒冈州西南部等干旱地区，当土壤已经饱和的更容易引起洪水。 这是因为这些地区的流域通常具有浅层、富含粘土的土壤和有限的储水能力。 由于降水较低且蒸发速率较高，这些地区的土壤水分变化也更大。 相比之下，在郁郁葱葱的华盛顿以及内陆的喀斯喀特山脉和内华达山脉地区，流域往往具有较深的土壤和积雪，从而导致更高的储水能力。 虽然土壤饱和度仍然可以发挥作用作为在这些地区驱动洪水中的作用，考虑土壤水分对于洪水管理的价值较低，因为土壤始终是湿的或被雪绝缘的。 “我们想确定哪些流域，在这些流域中，获得有关土壤水分的更多信息可以增强我们对洪水风险的理解，”Webb 说。 “在更干旱的气候中，由于蒸发和降水的一致性较低，土壤水分的变化更大，我们真正可以看到洪水预测的改进。 尽管土壤水分数据目前在美国农业部的 SNOTEL 网络等天气监测站进行测量，但与降雨等其他指标相比，观测数据相对稀少。 单个流域内的土壤湿度也可能有很大差异，因此通常需要多个站点才能为专家提供清晰的图片，从而有助于预测洪水。 加强对被确定为高风险的流域的监测，包括实时土壤随着大气河流变得更加频繁和强烈，水分观测可以显着增强早期预警系统和洪水管理。 通过根据特定流域的物理特征和气候定制洪水风险评估，该研究可以改进洪水风险预测。 该研究表明，洪水风险不仅随着风暴的大小和强度而增加，而且随着土壤湿度的增加而增加，这凸显了将陆地表面条件纳入影响的价值大气河流评估。 “我的研究真正集中在大气科学和水文学之间的跨学科空间上，”Webb 说。 “有时会出现脱节，大气科学家会一直考虑水，直到它以雨的形式落下，而水文学家在水落到地面后就开始工作。 我想探索如何更好地连接这两个领域。 Webb 与 DRI 生态水文学家 Christine Albano 合作开展了这项研究，以 Albano 的研究大气河流、其风险及其对景观的影响的广泛专业知识。 “虽然土壤饱和度被广泛认为是决定洪水风险的关键因素，但 Mari 的工作有助于量化这种饱和度水平导致西海岸不同地区洪水风险大幅增加的点，”Albano 说。 “天气预报的进步使我们能够在大气河流到达前几天就看到它们向海岸流去。 通过结合大气河流预报信息了解土壤水分与给定流域的临界饱和水平的接近程度，我们可以进一步改进洪水预警系统。