为什么北美季风与其他季风不同

除南极洲外，每个大陆都会经历季节性降雨，即季风。全球每年有六次季风，其中一次有点麻烦——北美季风。这种多雨的天气通常在夏季袭击墨西哥和美国西南部，为农业带来滋润的雨水，同时也带来山洪和狂风的威胁。

“北美季风一直有点奇怪，”加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室 (LBNL) 的大气科学家威廉·布斯 (William Boos) 说。它覆盖的地理范围比其强大的亚洲和非洲表亲要小。北美季风的降雨量也较小，与世界其他季风相比，其风向的周期性转变并不那么明显。“人们还不太清楚该如何解释它，”布斯补充道。

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最近，科学家揭开了世界上最容易被误解的季风之谜。由 Boos 领导的一组研究人员发现，推动北美季风的不是温度差异（其他五个季风都是由温度差异引起的），而是地形。研究人员于去年 11 月在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。

典型的季风在夏季来临，此时陆地的温度高于海洋。较冷的风从海洋吹来，携带着水分，最终倾泻而下，淹没整个地形。

布斯的团队发现，美洲大陆最南端一带频频出现的降雨其实是由马德雷山脉和附近的山脉引发的。当富含水分的急流从西向东穿过北美大陆时，一部分急流沿着山脉连续的高海拔地带向南流动。马德雷山脉迫使潮湿的空气上升到大气层，水蒸气在那里凝结成雨，从而引发季风。

美国西南部由于山脉靠近从地球上半球一直延伸到赤道的温暖的太平洋，因此特别适合形成奇特的季风。

“这是研究北美季风最终成因的新视角，”美国国家大气研究中心气候科学家 Isla Simpson 说道，她没有参与这项研究。“[研究人员] 非常令人信服地展示了地形的重要性。”

这种季风机制长期以来一直困扰着那些试图在计算机上模拟这种现象的科学家。对于山脉而言，内华达山脉相当狭窄，因此低分辨率的计算机模型不够精确，无法捕捉其地形特征，从而模拟其对气象的影响。需要一台超级计算机来构建一个复杂的模型，其中包括内华达山脉相对狭窄的特征。

Boos 的团队利用 LBNL 国家能源研究科学计算中心的计算资源，以极高的分辨率重现了地形。研究人员在大约六个月的时间里花费了 500 万个计算机小时（相当于一台超级计算机处理器工作 500 万小时，或 500 万个处理器运行 1 小时）进行计算。当研究人员在模拟中将山脉夷为平地时，他们无法重现现实生活中北美季风的强度，即使他们加大了引发世界其他地区季风的陆地-海洋加热对比。没有了马德雷山脉，“北美季风的降雨几乎完全消失了”，Boos 说。

研究结果对于揭开控制美国西南部水文的气候模式之谜至关重要。季风是该地区的主要水源，每年为该地区带来超过一半的总降水量。季风的覆盖范围一直延伸到加利福尼亚州，风暴的雷击可能引发森林火灾。

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更清楚地了解当今的这一现象也可能有助于了解过去。“急流和地形之间的联系开辟了一种评估北美季风的全新方式，”纽约哥伦比亚大学气候科学家 Arianna Varuolo-Clarke 表示，她没有参与这项研究。她很好奇这项新研究是否可以用来解释季风是如何演变的。“历史记录，甚至一些急流的古代记录也许可以 [重新审视]，以更好地了解这个季风系统的历史变化，”她说。

或许最重要的是，这项研究可能有助于研究人员预测未来几年美国西南部的水分布情况。

科学家们还不确定随着气候变化，北美季风会如何变化。确定其关键驱动因素（如急流）是评估气候模式脆弱性的第一步。“有了对系统基本物理的新认识，我们可能能够更明确地预测会发生什么，”Boos 说。

对于西南部的居民来说，季风总是像钟表一样准时运行——在盛夏时节的午后，它总是会带来暴风雨。弄清季风的运行机制，研究人员就能预测它的命运，包括季风的规律性是否会在地球不可抗拒的变暖面前消失。