编者按 (2016年10月7日): 当飓风马修逼近 美国海岸线时，《大众科学》回顾了预测、追踪和理解这些大型风暴的一些相关科学。这篇 文章——最初发表于2014年10月21日——探讨了怪兽风暴的科学。
“托托，我觉得我们不在堪萨斯了，”多萝西在《绿野仙踪》中说道。当时一场龙卷风——这种最具有美国特色的极端天气事件——把她带到了彩虹之上的土地。在典型的一年中，大约有1300个真正的龙卷风横扫美国，其中中西部的“龙卷风走廊”受到的袭击比地球上任何其他地区都更频繁和严重。最可怕的龙卷风——造成东方女巫死亡的致命龙卷风，增强藤田级数 5 级 (EF-5) 的龙卷风，其最大风速超过每小时 300 公里——自 1953 年以来已经袭击美国 59 次。在美国境外，仅有一次 EF-5 级龙卷风被记录在案，那是在 2007 年的加拿大马尼托巴省。
龙卷风只是《大众科学》杂志长期以来记录的极端风暴类型之一。例如，它对龙卷风的详细报道早在 1897 年就以《龙卷风的威力变化及其频率》的发表而开始，1927 年又发表了《我们最糟糕的风暴，龙卷风》，并在 1958 年 NASA 气象学家莫里斯·特珀发表的《龙卷风》一文中开始深入探讨龙卷风形成背后的物理学原理。从这些早期的调查中，我们了解到形成龙卷风的关键要素包括：
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• 低海拔地区潮湿温暖的空气——很容易从墨西哥湾获得。
• 高海拔地区凉爽干燥的空气——很容易从加拿大获得。
• 地面强劲的南风，再加上高空吹来的来自不同方向（通常是西风或西南风）的强风，这会产生风切变并使空气旋转。
• 一些上升机制，例如冷锋或风暴线，它会驱动暖空气向上。
每年——尤其是在三月到六月期间——这些要素在龙卷风走廊汇合，产生持续多日的龙卷风爆发，其威力之大，破坏之严重令人震惊。
感谢过去几十年中多普勒雷达、野外研究和计算机建模的进步，气象学家在理解龙卷风方面取得了很大进展。然而，正如杰出的龙卷风专家罗伯特·戴维斯-琼斯在他 1995 年的文章中解释的那样，“产生龙卷风的风暴现在基本上被理解了，但关于这些剧烈漩涡是如何形成的，仍然存在谜团。”
然而，美国历史上最致命、代价最高的自然灾害都是飓风：1900 年的加尔维斯顿大飓风，造成约 6000 至 12000 人死亡，以及 2005 年臭名昭著的卡特里娜飓风，造成约 1490 亿美元的损失。《大众科学》报道了这两场大风暴。艾萨克·M·克莱恩是加尔维斯顿飓风期间美国气象局（后来的国家气象局）加尔维斯顿办公室的首席气象学家，他在 10 月增刊中撰写了《关于 1900 年 9 月 8 日加尔维斯顿飓风的特别报告》。克莱恩怀孕的妻子在风暴中丧生，他本人也险些在毁灭性的风暴潮中溺水身亡。
《大众科学》编辑马克·费谢蒂在 2001 年的文章《溺水的新奥尔良》中提前四年描述了类似卡特里娜飓风在新奥尔良造成的影响。他令人不寒而栗地预测，“一场大飓风可能会将新奥尔良淹没在 20 英尺的水下，造成数千人死亡。”最终，尽管在加尔维斯顿风暴之后，预测和预警系统经过了一个多世纪的发展，但在那场风暴中至少有 1800 人死亡。
自从我们开始尝试了解这些风暴以来，我们一直在寻找远离它们的方法。其中一个想法是减少风暴本身的力量。1961 年，气象局的“风暴之怒”项目开始了驯服飓风的云播种工作，正如我们从 1964 年由国家飓风中心未来主任罗伯特·H·辛普森合著的文章《飓风修正实验》中所了解到的那样。（辛普森帮助开发了著名的萨菲尔-辛普森等级，该等级将飓风强度分为 1-5 级。）飓风中缺乏过冷水最终注定了这些云播种工作的失败。正如罗斯·N·霍夫曼在 2004 年的文章《控制飓风》中所解释的那样，人为削弱或改变这些破坏性风暴路径的梦想至今仍然存在。
飓风和其他极端风暴的未来不太可能平静。海平面上升，加上气候变化导致的风暴增强，预计将大大增加损失。国家大气研究中心的凯文·E·特伦伯斯在他 2007 年的文章《更温暖的海洋，更强的飓风》中警告说，“全球变暖正在提高海面温度。反过来，这种上升可能会增强飓风的强度，包括那些袭击美洲的飓风。”费谢蒂在 2013 年回顾了超级风暴桑迪如何影响美国东北部的文章《每两年发生一次的世纪风暴》中警告说，“到 2100 年，纽约市每年发生严重洪水的几率将高达二分之一。”
我对极端天气未来的预测是：期待前所未有的事情发生。我还预测，随着人为引起的气候变化将我们推向一种新的、更高能量的气候，这种气候能够产生历史上任何记录都无法比拟的极端天气事件，我们将看到《大众科学》中专门讨论极端天气的文章数量大幅增加。
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