當地預報員知道颶風哈維將是一場糟糕的風暴。哈里斯縣洪水控制區的氣象學家傑夫·林德納說，他們的模型表明，颶風登陸後第一天將在城市降下10到15英寸的雨水。“但如果我們回顧一下，”他說，那些模型“在週六晚上到週日早晨期間的降雨總量上有點偏低。” 8月25日，在哈維風眼東北部，颶風遭遇了科學家們沒有意識到的可能導致打破百年降雨和洪水記錄的洪流：休斯頓市。
根據週三發表在《自然》雜誌上的新研究，休斯頓的摩天大樓和混凝土廣闊地帶可能透過改變風暴本身並使其降雨更大而加劇了洪水。“這非常有趣，”麻省理工學院的大氣科學家克里·伊曼紐爾說，他沒有參與這項研究。“我們知道氣旋對地表特徵——山脈、河流、沼澤地——很敏感。這個新的轉折是，城市已經變得足夠大，可以切實地改變風暴。”
為了瞭解城市地區如何做到這一點，研究人員構建了哈維和休斯頓地區的計算機模型。“然後我們從休斯頓移除了城市區域，並用農田取代了它們，”愛荷華大學的環境工程師、該研究的作者之一加布裡埃萊·維拉里尼說。這使得科學家們能夠看到，如果休斯頓不存在，風暴可能會如何表現。根據該模型，休斯頓的城市化可能導致哈維釋放的雨量遠遠超過哈里斯縣存在平原而非居民區的情況。“城市區域的存在增強了獲得強降水所需的一切，”維拉里尼說。
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像大多數颶風一樣，哈維登陸時席捲了成片的樹木、山丘和草原。自然景觀的崎嶇通常會減緩這些風暴的速度，並且——像水流過鵝卵石一樣——迫使上方的空氣向上湧入天空。在那裡，在大氣層的上層，風暴冷卻，從而降下更多的雨水。伊曼紐爾說，像休斯頓這樣的高層建築和廣闊的郊區人為地將這種崎嶇程度提升到新的水平，使得陸地對氣旋的影響更加極端。
根據維拉里尼及其同事的模型，伊曼紐爾說，在這種情況下，風暴在物理上會發生幾種變化。首先，城市區域的人工崎嶇會減慢空氣速度。他說，每當颶風中的空氣減速時，它就會被分流到風暴中心並向上進入天空。“這增加了[大都市區]各處的降雨量，”他補充道。
風暴在建築物最高的市中心區域移動得特別慢，但從城市外部襲來的風仍然快速移動。“所以，[風暴]正在城市上空堆積，”伊曼紐爾說。“它無處可去，只能向上。然後你在城市的順風處遇到了相反的情況，空氣正在向下落。” 這導致更多的雨水落在颶風首先襲擊的城市一側——在哈維的案例中，是東南側——而城市的遠側則降雨較少。
伊曼紐爾說，總的來說，這些影響導致熱帶風暴的降雨量增加。“這非常明顯。它可能增加了大約 50% 的雨量。這是一個足夠強大的效果，你可以透過[天氣]系統中的所有噪音看到它，”他說，並補充說，確切的數量是高度可變的，因為風暴系統是如此不可預測和混亂。
維拉里尼指出，城市化還增加了鋪砌表面，如混凝土或瀝青人行道和道路。“由於降雨無法滲入地下，因此更多的水在地表徑流，”他說。這使得洪水更加嚴重。當他將這一點納入他的分析時，他發現由於休斯頓的存在，哈里斯縣發生哈維級別洪水的風險增加了高達 21 倍。
林德納說，如果這些發現是真實的，它們將對城市規劃者產生重大影響。“如果我們能夠看到一個又一個的風暴系統產生相同的降雨模式，即城市的一側降雨更多，那將是很好的，”他說。“我們可以針對這些區域進行更大的專案或更嚴格的建築規範。”
但在他看到該模型應用於其他城市或其他具有一致結果的風暴之前，林德納說，它無助於他預測未來的颶風會是什麼樣子，也無助於規劃者進行洪水乾預。“我不能使用這項研究，因為這是一場風暴——一個事件，”他說。根據林德納的經驗，颶風在洪水方面並沒有太多模式。“僅透過在 [20]15 年和 16 年的風暴中工作，我可以告訴你，最強的降雨並沒有落在休斯頓東部，”他說。
然而，有一件事似乎很清楚。勞倫斯伯克利國家實驗室的氣候科學家克里斯蒂娜·帕特里科拉說，颶風的降雨量正在增加，並將繼續增加，她沒有參與這項工作。“城市的發展和氣候變化都是人為影響，它們都在加劇氣旋的降雨，”她說。在她自己的研究中，同樣於週三發表在《自然》雜誌上，她表明氣候變化可能導致降雨量增加 15% 至 35%，並且可能使颶風艾爾瑪、瑪麗亞和卡特里娜的降雨量比沒有氣候變化的情況下增加 5% 至 10%。
德克薩斯 A&M 大學加爾維斯頓分校的城市規劃教授薩姆·布羅迪說，沿海城市將需要非常認真地考慮如何為氣候變化導致的降雨量增加和持續的城市化做好準備，他沒有參與這項研究。“哈維之後，休斯頓市——說出來仍然讓我震驚——通過了最嚴格的防洪建築法規，”他說。休斯頓的新建築現在必須高於 500 年一遇的洪水線兩英尺。“但[我們]需要系統地考慮未來的情況，而不僅僅是對風暴做出反應。”