1860年，一位名叫威廉·布鲁尔的博物学家开始对这个新兴的加州州进行首次地质调查。当布鲁尔于12月2日抵达洛杉矶这个小型土坯村庄时，他在日记中写道，“使之成为天堂所自然需要的一切就是水，更多的水。” 三周后，一场汹涌的洪水——11年来最严重的暴雨——摧毁了许多土坯房。这就是加州的天气。
在树木年轮中蚀刻的古老记录显示，模式与今天相似：漫长的干旱期被短暂的湿润年份所打断。在1130年，降雨逐渐减少，直到40年后才再次真正开始。在加州的历史中，树木年轮中都显示出持续数十年的干旱。
然而，树木年轮中显示的单纯的降雨不足已不再是干旱的实用定义。更好的定义更为主观：我们拥有的水分与我们需要的水分之间的差异。按照这个标准，目前的干旱是前所未有的。是的，加州比1895年以来的任何时候都干燥，那时人们开始记录天气。但它也异常炎热——2014年比之前最热的年份还要高出近华氏两度，而2015年预计会更热——这残酷地增加了土地对水的需求，而此时却几乎没有水可用。而且人类对土地的期望也与历史上任何时期都不同。现在有近4000万人称加州为家，而美国其他地区和世界大部分地区都依赖那里生长的食物。
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加州人可以历数他们经历过的干旱：1977年、1986-1991年、2001-2002年、2006-2007年以及始于2011年的这一次。未来的树木年轮科学家可能会将所有这些干旱看作是一个中世纪式特大干旱的开始，而不是一系列独立的事件；即使是那些特大干旱中也穿插着湿润的年份。如果过度拥挤的加州“沙拉碗”真的要走向数十年降水稀少和空前高温的时代，那么加州可能会变成一个非常不同的地方。在最坏的情况下，它可能会失去其茂盛的农业和高耸的森林。在最好的情况下，它的人民可能会调动他们闻名的创新能力，使他们的州成为世界节水和再利用的实验室。无论如何，对新常态的痛苦适应正在进行中。
要了解加州的干旱，你必须追踪水源。这段旅程充满了惊喜，首先是它始于大约6000英里之外，在斐济、瓦努阿图和所罗门群岛的葱郁的西太平洋群岛中。
通常情况下，太阳沿着赤道温暖太平洋，盛行的由东向西的地表风将温暖的水推入国际日期线以西的岛屿丰富的海域。在那里，水实际上堆积成一个巨大的“堆”，它不仅比南美洲海岸附近的海水温度高几度，而且还高出约四英尺。所有这些热量为雷暴提供能量，雷暴将水分推向大气层高处，在那里，急流——高空风，向东而不是向西吹——捕捉到水分，然后将其带到北美。
如果赤道热水堆大致停留在日期线以西，我们就会得到拉尼娜现象，这与美国西南部的干旱有关。如果海洋表面的赤道风减弱或逆转，并且热水堆滑到日期线以东——并且如果这种影响足够明显——我们就会得到厄尔尼诺现象，这会给西部带来额外的降雨。现在发生的事情实际上既不像厄尔尼诺现象，也不像拉尼娜现象。过去几个冬天，日期线以西的那个点的温度比30年前的平均温度高出半度，这在气候方面是一个很大的数字。在2013-2014年冬季，那里也额外获得了约一英尺的降雨，以及一个五级飓风，它将大量热量从异常温暖的海洋中释放到高层大气中。2015年初，该地区的另外两个巨型飓风也做了同样的事情。
科学家们不愿确切地说出在气候变化中是什么导致了什么，但西太平洋温暖水堆的某些东西——或许与赤道和两极之间的温差缩小有关——似乎正在阻碍气象齿轮的运转。一个“高压脊”已经停留在潮湿急流路径上的东太平洋上空，就像一块滚入小溪的巨石一样，它正在取代气流并向北推动急流。原本应该是加州的水已经大量降落在阿拉斯加和加拿大西北部，并且可能导致了今年冬天从芝加哥到波士顿的历史性降雪以及英国的洪水。
这种高压急流阻塞脊在加州海岸附近很常见，但通常它们会在几周内消散，风暴会将其击碎。当前的这个高压脊自2013-2014年冬季以来一直持续存在，只是偶尔略有减弱，然后，诡异地、异常地重新组装起来以抵御 incoming moisture。斯坦福大学25岁的博士生丹尼尔·斯温给这个异常现象起了一个流行的名字：荒谬的弹性脊，或称三重R。这个冬天，几个小风暴穿透了三重R——包括二月份的一场倾盆大雨——但是这个高压脊并没有消散，而是怪异地重新凝聚起来。它将持续多久，没有人能说。
从西太平洋带来的大部分水首先在高耸的内华达山脉落地，该山脉沿着该州东部边界绵延400英里。我开始在那里寻找加州消失的水——具体来说，是在太浩湖上方的回声湖。在湿润的年份，水会随着急流吹来，并在这里以巨大的量降落。我认识的一个人曾经滑雪进入该地区寻找他在湖岸边的木屋，他在山坡上的雪地里挖了洞，到处寻找房子，但从未找到；他不得不在黑暗中滑雪出去。相比之下，今年在回声湖，几乎没有降雪。在三重R的背风坡，2013-2014年冬季内华达山脉的积雪量处于历史最低水平，而今年冬天的积雪量更糟——只有平均水平的5%。四月份，回声湖的雪堆通常有人那么高，但是当我报税日到达时，只有几小块白色碎屑依偎在树下。
从回声湖出发，我向南行驶200英里，经过约塞米蒂国家公园，去拜访内森·斯蒂芬森，他是美国地质调查局的植物生态学家，在加州标志性的巨型树木——红杉国家公园中工作。红杉树耸立在中央山谷的图莱里县之上，那里是干旱的中心地带。卡威亚河从公园流出，流到水量大大减少的卡威亚湖，然后继续流向山谷。斯蒂芬森在他公园工作的35年中，见过干旱来来去去，但从未见过像这次这样的干旱。“我估计，从目测来看，山坡上三分之一的橡树已经死亡或正在死亡，”他说，他扫描着一片山坡森林，即使是对未经训练的眼睛来说，这片森林也显得苍白和疲惫，点缀着棕色的树木。斯蒂芬森身材高挑而瘦长，留着灰色的胡须，脸上带着阳光般的笑容，他是一个靠在国家公园里闲逛为生的人。但是，当他从美国地质调查局的帽子下凝视着山坡时，他却感到忧郁。“现在才四月，”他惊叹道。
我们爬回他的斯巴鲁，开车上山，来到一片布满金棕色圆柏林的树林。“它们有数百年的历史，而且非常有弹性——很少有昆虫寄生，”斯蒂芬森说。“我们开玩笑地称它们为‘不朽者’，因为它们似乎永远不会死。” 他停顿了一下，伸出手去感受一棵圆柏的棕色针叶。“我想它们现在也是会死的了。” 最后，我们爬到了同名红杉树的王国，其中许多红杉树都矗立在它们自己枯死的针叶堆中——这证明了干旱正在啃噬它们的末梢。
美国地质调查局一直在跟踪这里30个分布广泛的地块中20,000棵不同类型的树木，时间长达33年。其中的树木，包括红杉，正在以可预测的和不可预测的方式死亡。在正常时期，一根不间断的水线从树的根部延伸到每一片叶子或针叶，当树木将水分蒸腾到空气中时，水通过细小的毛细血管被虹吸上去。然而，现在，所有类型的树木都在死于空化：水线断裂，气泡进入毛细血管，就到此为止了。其他树木在干旱时期紧闭叶子上的气孔以保持水分。但是那样它们就无法呼吸二氧化碳。通常情况下，水分会返回，气孔会在树木窒息之前重新打开，但是这次干旱如此漫长、干燥和炎热，以至于许多树木在保持水分和呼吸之间被致命地挤压。然后还有甲虫，它们被干旱胁迫的树木吸引，正在摧毁整个西部地区的大片松树林。一旦一棵树死亡，甲虫就会飞到下一棵树。有时，在这次干旱期间，它们成群结队地飞行，密度如此之大，以至于你可以用棒球帽从空中舀起它们。今年春天，对包括红杉公园在内的加州内华达山脉森林的广阔区域进行的一次航空调查发现，有超过1000万棵死树——占调查区域树木的10%，其中大部分是在前一年被杀死的。如果干旱持续足够长的时间，它可能会烧毁加州高地的雄伟森林，并摧毁巨型红杉，其中包括谢尔曼将军树，它高275英尺，底部直径37英尺，是世界上体积最大的树。
大规模的死亡将是该州的一项巨大损失，但它可能对地球造成灾难性的影响，不仅因为它会将数不清的二氧化碳吨数释放到已经变暖的大气中。去年，斯蒂芬森是一项大规模研究——对六大洲403个物种的673,046棵树木进行的研究——的主要作者，该研究震惊了植物学界，因为它发现，与普遍看法相反，树木越大越老，生长速度就越快。如果内华达山脉森林继续死亡，它将被非常年轻的森林重新populate，这可能比目前的多龄森林从大气中吸收的气候变暖二氧化碳更少。
Pitch Interactive; 来源：美国国家海洋和大气管理局国家环境信息中心
在湿润的年份，内华达山脉积聚的雪含有足够的水来填满该州的水库。春天和夏天，雪水顺着西坡涓涓细流而下，顺其自然地，雪水找到了我们追寻加州失踪水源的下一站——这个拥挤的州隐藏在眼皮底下的一个巨大特征：1100平方英里的萨克拉门托-圣华金河三角洲。
三角洲位于旧金山湾以东。在定居者到来之前，这里是一片由河道、支流和岛屿组成的淡水沼泽，但现在大部分种植了农作物，甚至在安提阿和里奥维斯塔等城市居住着超过50万人。但是，仍然有大片未开发的洪泛区——阴森森的、丛林般的、平坦的荒野，疯狂的人群几乎看不到——穿梭着约700英里错综复杂的水道。这是西海岸最大的河口，是汇集了广阔的萨克拉门托和圣华金山谷的河流的汇合处，也是加州受控地表水的大型交换中心。从北部水库释放到南部农场和城市的水必须通过这里。花了好几个小时穿越泥路和堤道才找到三角洲的一个小角落，即克利夫顿法院前湾，那里耸立着泵房，将水向下推入宽阔的混凝土衬砌的沟渠，即加州渡槽，通往340英里外的洛杉矶，并通过三角洲-门多塔运河通往中央山谷广阔的农场。
加州的地表水受到如此严格的管理，以至于它似乎更像是一种工业产品，而不是一种自然资源。一个由州和联邦水库组成的网络；一个复杂的运河和渡槽网格；以及令人眼花缭乱的水法、水权、环境法规、法院命令和法律意见，以保证让每个人都感到愤怒的方式分配水。大约一半的地表水留在了溪流、河流和三角洲中，以维持湿地和鱼类栖息地，遵守《濒危物种法》，并防止盐水倒流通过三角洲并流入运河和渡槽。
加州剩余的一半地表水分配给人类：20%分配给城市——州长杰里·布朗在四月份命令城市平均减少四分之一的用水量——80%分配给农民。理论上是这样。今年和去年，地表水供应非常短缺，以至于大多数农民被分配到的水为零。
鉴于加州地表水的微观管理，令人震惊的是，地下水的提取（迄今为止是该州最主要的水源）几乎完全不受监管。加州是唯一一个你可以随意抽取尽可能多的地下水的州，只要你不浪费或出售它。目前的干旱在中央山谷引发了一场军备竞赛，每个农民都渴望比他的邻居挖得更深，“就像一群四岁的孩子只有一杯奶昔和许多吸管，”一位农业经济学家这样形容。没有人知道有多少水被抽出，但是地下水位处于历史最低水平。在特定区域拥有最深井的农民会抽取地下水，如果这意味着邻居的水井干涸，那也没办法。
有些人甚至挖深达1500英尺，以获取可能在10000年前就已降雨的水。这种与地质底层接触了如此之久的“化石”水，通常会受到砷、铬、盐和其他污染物的污染。钻探如此深也很昂贵。能够找到钻井工人来完成这项工作的农民——等待名单长达一年——可能要花费50万美元在这个项目上，这还不包括从如此深渊中将水泵到地面的高昂成本。
有一天下午，在三角洲以南约190英里的维塞利亚农场小镇附近，我循着一股烟雾来到一块田地，田地里堆满了死去的橙子树，这些树被推土机推成小山大小的堆，然后点燃。站在一旁忧郁地观看的业主告诉我，他将这80英亩土地及其10600棵健康的树木租给了一位佃户农民，这位农民去年春天非法连接管道，并将农场的水井水卖给了一位邻居，让树木死去。
不仅仅是土地所有者受到伤害。加州东波特维尔的约兰达·塞拉托是图莱里县一个贫穷的、未合并的农场工人小镇的居民，去年12月，当她给她的小草坪浇水时，软管发出嘶嘶声，水停了——永远停了。大约400名邻居的浅井在同一时间干涸，使他们依赖于公共援助和慈善机构的混合体。当我见到塞拉托时，她正倚在她的链条围栏上，沿着街道向下张望，希望能看到皮卡车给她带来几瓶水。很难不把东波特维尔看作是有一天加州人将被迫因缺水而离开家园的先兆。
流体动力学的第一定律是水流向金钱。大多数加州人，尤其是沿海城市的人，要过很长时间才会面临水龙头干涸的困境。旧金山从167英里外约塞米蒂的原始赫奇赫奇水库取水。洛杉矶——任何看过电影《唐人街》的人都知道——在20世纪20年代就抽干了200多英里外的欧文斯山谷，现在它的大部分水都来自更北的水库。只要加州还剩下一滴水，它无疑会流向富裕的沿海居民。
然而，在中央山谷，麻烦才刚刚开始。要理解为什么，我们必须追踪加州的水深入地下。中央山谷本质上是一个20,000平方英里的槽状地带，由分层的粘土、砾石、淤泥和沙子组成，夹在坚硬岩石的山脉之间。水在砾石和沙子的层中横向流动很容易，这就是为什么农民抽取地下水可以从邻居那里吸走水。然而，水分主要储存在粘土层中，粘土层会缓慢地将其负载滴入砾石和沙子中。正是粘土储存水的方式使得当前的抽水狂潮如此令人担忧。
灾难往往会在一夜之间将科学家从默默无闻推向声名鹊起。米歇尔·斯尼德是一位年轻的美国地质调查局地质学家，她多年来一直努力成为一个沉闷领域——地面沉降——的专家，这个领域突然变得对该州的未来至关重要。她有着令人震惊的直率的蓝色眼睛和长长的波浪状头发，似乎很享受她作为科学摇滚明星的时刻。当我们坐在她位于三角洲东北边缘萨克拉门托的办公室里时，她手掌向上，手指交织在一起，解释说粘土的微观结构由随意翘起的微小板组成。“想象一下，如果你把一堆餐盘扔进你的厨房水槽，让它们彼此倾斜，你可以在里面装多少水，”她说。然后她转动手，将手掌压在一起。“现在想象一下，整齐地堆叠这些盘子，以及这会对它们之间的水空间造成什么影响。” 这基本上就是当从地下快速抽出过多的水时发生的事情；粘土中的微观板滑入堆叠位置。换句话说，粘土层坍塌了。
在数百英尺之上，地面也随之坍塌。自20世纪20年代以来，中央山谷的大片地区已经下沉了近30英尺。仅仅在两年内——2008年至2010年之间——中央山谷超过十分之一的地区下沉了两英寸。这为维修破裂的高速公路和桥梁的道路施工人员以及重新铺设轨道的铁路工人创造了工作机会。这也使该州周围的水输送变得复杂。运河和渡槽可以延伸数百英里而无需水泵，因为它们略微向下倾斜。不需要太多的沉降就会干扰水流，这就是去年发生的事情，其中包括在一条大型运河与加州中部圣路易斯水库交汇的地方。但是，供水中断几乎不是最糟糕的情况。一旦地下粘土坍塌，它就永远无法再次储水。因此，加州疯狂抽水的农民不仅耗尽了他们赖以生存的含水层，而且还在破坏它。
唯一的希望是尽快补充含水层中剩余的水。问题是并非所有地面都同样可充电。在中央山谷大约一半的地下是科科伦粘土，这是一个古老的湖床的遗迹，可以用水井穿透，但与大多数粘土不同，科科伦粘土基本上是不可渗透的。地质学家可以识别出没有科科伦粘土的区域——这些区域是可渗透的，因此在地质上适合于洪水泛滥以补充地下水。但是有些区域被细分、购物中心或农场覆盖；识别可渗透地面并获得洪水泛滥的许可是一项艰巨的任务。
加州大学戴维斯分校的科学家正在与加州杏仁委员会合作进行一项实验，看看是否可以在冬季树木休眠时淹没位于地质上合适的土壤之上的杏仁园，以补充含水层。这不仅提出了地质问题，也提出了法律问题：加州法律要求农民仅将他们从州政府获得的水用于“有益用途”，而补充地下水在法律上可能会被禁止，因为它被认为是“过度浇水”。然后还有一个问题，即以这种方式储存水的农民是否有权在以后获得相等的水量。而且，要淹没田地或果园以补充地下水，需要的不仅仅是许可和合法权利；还需要水。最近，连滋养今天的农作物的水都不够用，更不用说为未来的农作物储存水了。任何大规模的补给计划都必须等到湿润的年份。
这场危机已经足够严重，足以让州长布朗和立法机构有理由改变加州150年的水法，朝着监管地下水迈出了一小步。根据去年11月通过的一项法律，该州515个不同地下水盆地的当地水务机构将有五年时间制定可持续利用计划，并再用25年时间来实现这些计划。这将会在政治上撼动该州，因为城市水务部门、农民经营的灌溉区、县水务委员会和其他水管理机构——所有这些机构都生活在自己的世界中，拥有自己的专有数据和相互竞争的利益——将不得不加入地下水可持续发展机构（GSA），以分享他们最宝贵的资源。在圣华金山谷中部的图莱里市水务区一栋廉价的镶板临时办公楼里，我遇到了一位名叫本杰明·西格尔的年轻人，他被分配了一项吃力不讨好的任务，即与维塞利亚市和一个当地灌溉区共同创建一个GSA。“这就像写一种新的语言，”他说。
在距离公路15英里的地方，县水资源行政分析师丹尼斯·阿特金斯告诉我，仅仅让每个人都同意谁将在当地GSA中拥有发言权就是一场噩梦，更不用说让人们同意共享数据了。“五年前，如果你想问一位种植者，‘你对在你的水井上安装计量表感觉如何？’你最好穿上凯夫拉尔防弹衣，”她说。“现在农民们对了解他们使用了多少水变得热情起来。” 她越过她凌乱的桌子，翻了翻眼睛，然后小声补充道，“尽管通常是，‘我的邻居抽水太多了。’”
科学家们对干旱是否由人为气候变化引起这个爆炸性问题存在分歧。美国国家海洋和大气管理局去年表示没有，政府间气候变化专门委员会表示可能，而包括三重R的命名者斯温在内的斯坦福大学气候科学家团队则表示是。斯坦福大学的研究小组对当前和工业化前的气候进行了建模，并确定与三重R相关的条件现在发生的可能性是原来的三倍。但是，无论气候变化是否是造成干旱的原因，似乎每个人都同意，额外的热量正在加剧低水分的影响，从内华达山脉的森林到中央山谷的农场。
在经历了多年的类似拉尼娜现象之后，美国国家海洋和大气管理局在三月份宣布弱厄尔尼诺现象开始，但警告说，它可能不会在短期内对加州的天气产生太大影响。加州在不久的将来可能会有一些湿润的年份，但是从内华达山脉顶部到中央山谷底部的土壤都非常干燥，以至于需要数年时间才能适当地为地面补水，而开始补充地下水则需要更长的时间。斯坦福大学伍兹环境研究所高级研究员诺亚·迪芬博表示，该州可以选择将当前状况视为异常现象，“并将此作为一场灾难来管理”，但这将是一个可怕的错误。“很明显，加州现在处于不同的气候中。”
如果这种不同的气候包括，例如，类似于中世纪的30年干旱，那么山地森林将会因为它们的水资源没有得到管理而死亡，而下一个受害者将是中央山谷的农场和果园，这些农场和果园在过去一个世纪中一直是加州的象征。
关于加州农业终结的一种思路是这样的：那又怎样？农业仅占加州经济的约2%，而世界享有的廉价、耗水型食物或许始终是那些没有千年长期视角的人们的不切实际的幻想。“没有农业，加州会很好，”加州大学戴维斯分校一位幽默、英国出生的农业经济学家理查德·豪伊特告诉我。“我们会变成亚利桑那州的经济模式。我们会逐步淘汰灌溉农业，转而发展电影业[占加州国内生产总值的2.1%]、信息技术[占8%]以及其他一切。” 水果、坚果和蔬菜无疑会变得对每个人都更昂贵，但是加州本身可以轻松地依靠制造业、医疗保健、金融和教育来生存，这些行业使其经济成为世界第七大经济体——特别是如果它没有将五分之四的可用水转移到灌溉农业的话。
然而，现实地看，很难想象像加州这样具有创新精神的州会简单地允许其田野的骄傲消失。中央山谷三分之一以上的农业是葡萄和树木作物——杏仁、核桃、开心果、柑橘——这些作物代表着巨大的投资，从种植到获得回报可能需要长达七年的时间。农民们已经转向蓬勃发展的高科技产业，该产业生产配备GPS的灌溉器、基于天气的灌溉系统、土壤湿度传感器和其他旨在减少用水量的农业电子产品。更激进的是，在六月份，该州采取了不可思议的一步，对加州的农业贵族——那些在萨克拉门托和圣华金山谷拥有淘金热时代河岸水权的人——施加了用水限制，这些水权长期以来一直被认为是不可侵犯的。在加州各地旅行时，很容易感觉到，痛苦——以及创造性思维——才刚刚开始。
干旱正在以几乎所有可以想象的方式改变加州——气象学、地质学、生物学、农业、社会、经济和政治。低湿度和高温的结合很可能成为未来的状况。即使偶尔出现湿润的年份，不可避免的变暖气候也确保了降水将不会像缓慢分配水的厚重积雪那样降落，而是像倾盆大雨一样倾泻而下。这就是为什么去年11月加州人投票支持1号提案——超过70亿美元用于水利基础设施，其中近一半将用于修建新的水坝和水库——这是一项大规模的公共工程项目。而这正是加州干旱的希望所在：一个人的成本是另一个人的机会。
陆军工程兵部队希望从洛杉矶河11英里长的河段中拆除混凝土——现在这是一条丑陋的雨水排水沟，除了每天将多达2.07亿加仑的水排入海洋之外，几乎没有任何作用。该项目将允许至少一部分水补充含水层，并向当地经济注入超过10亿美元。
海水淡化有可能为沿海地区提供几乎无限的水源，但它非常昂贵，碳足迹巨大，因为它需要大量的能源，并且会产生难以安全处理的大量高浓度盐水。干旱管理的真正潜力在于节水和回收利用。位于奥克兰的环境智库太平洋研究所估计，仅仅让房主更有效地利用室内和室外的水，每年就可以为加州节省约300万英亩-英尺的水——接近其城市用水量的三分之一。
1号提案包括7.25亿美元用于水回收——是该州以往用于水回收的资金的七倍多。这仅约占水回收行业贸易团体WateReuse协会加州分会认为最大程度地发挥该州水回收潜力所需资金的五分之一，但州政府的资金旨在吸引城市、县和私人资金投入水再利用项目。为城市公园、高尔夫球场、工厂、办公楼甚至住宅改造“紫色管道”——输送足够清洁的水用于景观美化、厕所和其他非饮用用途——即将成为经济中一个价值数百万美元的行业。
转型已经在奥兰治县开始，该县自2008年以来一直在处理超过三分之一的废水，使其达到饮用标准，并将其注入含水层。该县还将另外17%的废水清洁到足以用于工业流程、景观美化和家庭用途，例如冲厕所。基础设施很昂贵，但是大部分处理后的水的成本仅略高于从迅速枯竭的科罗拉多河进口水的成本的一半。去年11月，圣地亚哥市议会投票通过花费近30亿美元购买设备，这将使该市能够回收足够的水供其三分之一的市民使用。WateReuse坚持认为，净化废水可以满足800万人口——占加州人口的五分之一——的市政用水需求，并创造无数的工作岗位。
新常态有点可怕，但这就是加州。问题是有的，但解决方案中蕴藏着黄金。