当地预报员知道飓风哈维将是一场糟糕的风暴。哈里斯县洪水控制区的气象学家杰夫·林德纳说，他们的模型表明，飓风登陆后第一天将在城市降下10到15英寸的雨水。“但如果我们回顾一下，”他说，那些模型“在周六晚上到周日早晨期间的降雨总量上有点偏低。” 8月25日，在哈维风眼东北部，飓风遭遇了科学家们没有意识到的可能导致打破百年降雨和洪水记录的洪流：休斯顿市。
根据周三发表在《自然》杂志上的新研究，休斯顿的摩天大楼和混凝土广阔地带可能通过改变风暴本身并使其降雨更大而加剧了洪水。“这非常有趣，”麻省理工学院的大气科学家克里·伊曼纽尔说，他没有参与这项研究。“我们知道气旋对地表特征——山脉、河流、沼泽地——很敏感。这个新的转折是，城市已经变得足够大，可以切实地改变风暴。”
为了了解城市地区如何做到这一点，研究人员构建了哈维和休斯顿地区的计算机模型。“然后我们从休斯顿移除了城市区域，并用农田取代了它们，”爱荷华大学的环境工程师、该研究的作者之一加布里埃莱·维拉里尼说。这使得科学家们能够看到，如果休斯顿不存在，风暴可能会如何表现。根据该模型，休斯顿的城市化可能导致哈维释放的雨量远远超过哈里斯县存在平原而非居民区的情况。“城市区域的存在增强了获得强降水所需的一切，”维拉里尼说。
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像大多数飓风一样，哈维登陆时席卷了成片的树木、山丘和草原。自然景观的崎岖通常会减缓这些风暴的速度，并且——像水流过鹅卵石一样——迫使上方的空气向上涌入天空。在那里，在大气层的上层，风暴冷却，从而降下更多的雨水。伊曼纽尔说，像休斯顿这样的高层建筑和广阔的郊区人为地将这种崎岖程度提升到新的水平，使得陆地对气旋的影响更加极端。
根据维拉里尼及其同事的模型，伊曼纽尔说，在这种情况下，风暴在物理上会发生几种变化。首先，城市区域的人工崎岖会减慢空气速度。他说，每当飓风中的空气减速时，它就会被分流到风暴中心并向上进入天空。“这增加了[大都市区]各处的降雨量，”他补充道。
风暴在建筑物最高的市中心区域移动得特别慢，但从城市外部袭来的风仍然快速移动。“所以，[风暴]正在城市上空堆积，”伊曼纽尔说。“它无处可去，只能向上。然后你在城市的顺风处遇到了相反的情况，空气正在向下落。” 这导致更多的雨水落在飓风首先袭击的城市一侧——在哈维的案例中，是东南侧——而城市的远侧则降雨较少。
伊曼纽尔说，总的来说，这些影响导致热带风暴的降雨量增加。“这非常明显。它可能增加了大约 50% 的雨量。这是一个足够强大的效果，你可以通过[天气]系统中的所有噪音看到它，”他说，并补充说，确切的数量是高度可变的，因为风暴系统是如此不可预测和混乱。
维拉里尼指出，城市化还增加了铺砌表面，如混凝土或沥青人行道和道路。“由于降雨无法渗入地下，因此更多的水在地表径流，”他说。这使得洪水更加严重。当他将这一点纳入他的分析时，他发现由于休斯顿的存在，哈里斯县发生哈维级别洪水的风险增加了高达 21 倍。
林德纳说，如果这些发现是真实的，它们将对城市规划者产生重大影响。“如果我们能够看到一个又一个的风暴系统产生相同的降雨模式，即城市的一侧降雨更多，那将是很好的，”他说。“我们可以针对这些区域进行更大的项目或更严格的建筑规范。”
但在他看到该模型应用于其他城市或其他具有一致结果的风暴之前，林德纳说，它无助于他预测未来的飓风会是什么样子，也无助于规划者进行洪水干预。“我不能使用这项研究，因为这是一场风暴——一个事件，”他说。根据林德纳的经验，飓风在洪水方面并没有太多模式。“仅通过在 [20]15 年和 16 年的风暴中工作，我可以告诉你，最强的降雨并没有落在休斯顿东部，”他说。
然而，有一件事似乎很清楚。劳伦斯伯克利国家实验室的气候科学家克里斯蒂娜·帕特里科拉说，飓风的降雨量正在增加，并将继续增加，她没有参与这项工作。“城市的发展和气候变化都是人为影响，它们都在加剧气旋的降雨，”她说。在她自己的研究中，同样于周三发表在《自然》杂志上，她表明气候变化可能导致降雨量增加 15% 至 35%，并且可能使飓风艾尔玛、玛丽亚和卡特里娜的降雨量比没有气候变化的情况下增加 5% 至 10%。
德克萨斯 A&M 大学加尔维斯顿分校的城市规划教授萨姆·布罗迪说，沿海城市将需要非常认真地考虑如何为气候变化导致的降雨量增加和持续的城市化做好准备，他没有参与这项研究。“哈维之后，休斯顿市——说出来仍然让我震惊——通过了最严格的防洪建筑法规，”他说。休斯顿的新建筑现在必须高于 500 年一遇的洪水线两英尺。“但[我们]需要系统地考虑未来的情况，而不仅仅是对风暴做出反应。”