今年，亚利桑那州图森市经历了历史上第三个最湿润的季风季。
由于气候变化，季风预测正变得更加复杂，但其重要性显而易见，因为它影响着美国西南部2000万人。
季风对生态系统至关重要，它支持植物生长，并为动物提供食物来源。
如果您从未在美国西南部生活过或到访过，您可能会想象这里是一片常年炎热干燥的沙漠。但该地区在夏末会出现季风，带来雷暴和恶劣天气，与印度著名的夏季暴雨相似。
今年，季风带来了大量降雨。
自1895年亚利桑那州图森机场开始记录天气以来，2021年7月是降雨最多的月份，降雨量达8.06英寸（205毫米），相当于该市平均年降雨量的70%。今年的季风是图森有史以来第三个最湿润的季风季，降雨量达12.80英寸（325毫米）。
2020年情况则完全相反：图森经历了一个干燥的“无季风”年，降雨量不足2英寸。这些气候条件以及创纪录的高温助长了亚利桑那州十年来最大的野火季，包括大角羊火灾，该火灾烧毁了图森以北卡塔琳娜山脉超过60%的森林。
我们的季风系统影响着西南部约2000万人。作为研究水与气候的研究人员，我们研究季风预测，而季风预测正因气候变化而变得更加复杂。了解季风对于让社区了解其益处与风险，以及如何应对山洪暴发等影响至关重要。
从干燥到湿润
“季风”一词源自阿拉伯语mausim，意为“季节”。其最传统的用法是描述从海洋向印度次大陆方向的大规模风向转变，这种转变与当地夏季的强降雨同时发生。但季风也出现在非洲、澳大利亚和南美洲，以及墨西哥和美国西南部。
季风环流将温暖湿润的空气从海洋输送到内陆，从而在夏季形成降雨。在西南部，这一模式始于一个被称为季风脊的高压区在墨西哥山区形成，并向美国西部移动。
5月和6月，当高压脊中心正好位于上空时，西南部非常炎热干燥。当温暖湿润的空气在高压脊南侧进入该地区时，季风降雨开始。亚利桑那州的季风正式开始于6月15日，结束于9月30日，降雨量通常在7月和8月最为集中。
季风对西南部生态系统至关重要，已有数千年。许多物种已进化并适应了利用季风降雨。最初的风暴会促使马利筋植物开花，吸引蝴蝶在其上产卵。大平原蟾蜍和红斑蝌蚪在充满雨水的水洼中开始其繁殖周期。仙人掌果实和昆虫为蜂鸟、白翅鸽及许多其他鸟类和动物提供食物。
沙漠中的洪水
季风雷暴通常在白天云层在山区形成时出现，并在午后和傍晚初期带来降雨。它们在沙漠环境中造成独特而严重的危险。
山洪暴发发生于干燥的土壤无法迅速吸收短时、高强度的暴雨时。冲沟和干河床（平时干涸，仅在强降雨期间有水）可能在数分钟内变为湍急的洪流，其力量足以冲走汽车和人员。
强雷暴可能产生微暴流，即接近飓风强度阵风的强地面风。它们还可能引发被称为哈布沙尘暴——高达一英里或更高的巨大沙墙，可将能见度降至接近零。
预示季风开始的干燥、阵风型雷暴可能引发并蔓延野火。其中一场风暴点燃了臭名昭著的雅内尔山火，于2013年6月发生，造成19名消防员丧生。季风降雨落在火烧迹地上可能引发泥石流，加剧野火造成的初始损失。
2021年7月和8月的大气环流形势特别有利于活跃的季风和恶劣天气在西南部。亚利桑那州南部大部分地区经历了持续数日和数周的暴雨。这些风暴导致了山洪暴发、强风、沙尘暴、泥石流和强烈闪电。应急人员开展了图森近100次急流救援。预报人员在凤凰城于8月发布了100多次山洪警报。
今年创纪录的季风也带来了益处。它补充了亚利桑那州各地的当地水源，该州正处于长期严重干旱。在图森盆地，季风形成了圣克鲁斯河支流的持续水流，这有助于补给地下水。水库蓄水量上升了5%，这些水库由盐河项目管理，该项目为亚利桑那州中部超过200万人供水。与此同时，美国西部其他地区的水库正降至历史新低。
季风降雨也使索诺兰沙漠重新焕发生机，包括2020年大角羊火灾导致数千株巨型仙人掌丧生。
季风的未来
预测季风及其可能的变化具有挑战性。能够明确模拟单个雷暴的高分辨率大气模式，包括我们在亚利桑那大学的区域模拟系统，近几十年来已大大改进了每日天气预报。但要准确预测某一天雷暴将于何时何地发生，目前仍几乎不可能。
同样，提前数月准确预测季风降雨强度几乎不可能。今年，长期预报直到6月中下旬才开始显示降雨趋势增加。气候变化使季风降雨变得更加极端和多变，夏季日益炎热，其特征是风暴频率降低但强度增加。
如果近年来的情况可以作为参考，我们的地区已经在经历这些影响，表现为创纪录的热浪、规模更大、更具破坏性的野火，以及一年基本不见踪影、次年却带来创纪录降雨和恶劣天气的季风。此类变化正加剧西南部人们面临的极端天气和气候风险。
最大的担忧在于，更加极端和不稳定的季风是否会导致临界失效点增加——例如，强降雨导致防洪基础设施崩溃，或野火破坏严重以至森林无法恢复。清晰理解这些类型的风险，对于打造西南部更具韧性和可持续的未来至关重要。
