編者按 (2016年10月7日): 當颶風馬修逼近 美國海岸線時，《大眾科學》回顧了預測、追蹤和理解這些大型風暴的一些相關科學。這篇 文章——最初發表於2014年10月21日——探討了怪獸風暴的科學。
“託託，我覺得我們不在堪薩斯了，”多蘿西在《綠野仙蹤》中說道。當時一場龍捲風——這種最具有美國特色的極端天氣事件——把她帶到了彩虹之上的土地。在典型的一年中，大約有1300個真正的龍捲風橫掃美國，其中中西部的“龍捲風走廊”受到的襲擊比地球上任何其他地區都更頻繁和嚴重。最可怕的龍捲風——造成東方女巫死亡的致命龍捲風，增強藤田級數 5 級 (EF-5) 的龍捲風，其最大風速超過每小時 300 公里——自 1953 年以來已經襲擊美國 59 次。在美國境外，僅有一次 EF-5 級龍捲風被記錄在案，那是在 2007 年的加拿大馬尼托巴省。
龍捲風只是《大眾科學》雜誌長期以來記錄的極端風暴型別之一。例如，它對龍捲風的詳細報道早在 1897 年就以《龍捲風的威力變化及其頻率》的發表而開始，1927 年又發表了《我們最糟糕的風暴，龍捲風》，並在 1958 年 NASA 氣象學家莫里斯·特珀發表的《龍捲風》一文中開始深入探討龍捲風形成背後的物理學原理。從這些早期的調查中，我們瞭解到形成龍捲風的關鍵要素包括：
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• 低海拔地區潮溼溫暖的空氣——很容易從墨西哥灣獲得。
• 高海拔地區涼爽乾燥的空氣——很容易從加拿大獲得。
• 地面強勁的南風，再加上高空吹來的來自不同方向（通常是西風或西南風）的強風，這會產生風切變並使空氣旋轉。
• 一些上升機制，例如冷鋒或風暴線，它會驅動暖空氣向上。
每年——尤其是在三月到六月期間——這些要素在龍捲風走廊匯合，產生持續多日的龍捲風爆發，其威力之大，破壞之嚴重令人震驚。
感謝過去幾十年中多普勒雷達、野外研究和計算機建模的進步，氣象學家在理解龍捲風方面取得了很大進展。然而，正如傑出的龍捲風專家羅伯特·戴維斯-瓊斯在他 1995 年的文章中解釋的那樣，“產生龍捲風的風暴現在基本上被理解了，但關於這些劇烈漩渦是如何形成的，仍然存在謎團。”
然而，美國曆史上最致命、代價最高的自然災害都是颶風：1900 年的加爾維斯頓大颶風，造成約 6000 至 12000 人死亡，以及 2005 年臭名昭著的卡特里娜颶風，造成約 1490 億美元的損失。《大眾科學》報道了這兩場大風暴。艾薩克·M·克萊恩是加爾維斯頓颶風期間美國氣象局（後來的國家氣象局）加爾維斯頓辦公室的首席氣象學家，他在 10 月增刊中撰寫了《關於 1900 年 9 月 8 日加爾維斯頓颶風的特別報告》。克萊恩懷孕的妻子在風暴中喪生，他本人也險些在毀滅性的風暴潮中溺水身亡。
《大眾科學》編輯馬克·費謝蒂在 2001 年的文章《溺水的新奧爾良》中提前四年描述了類似卡特里娜颶風在新奧爾良造成的影響。他令人不寒而慄地預測，“一場大颶風可能會將新奧爾良淹沒在 20 英尺的水下，造成數千人死亡。”最終，儘管在加爾維斯頓風暴之後，預測和預警系統經過了一個多世紀的發展，但在那場風暴中至少有 1800 人死亡。
自從我們開始嘗試瞭解這些風暴以來，我們一直在尋找遠離它們的方法。其中一個想法是減少風暴本身的力量。1961 年，氣象局的“風暴之怒”專案開始了馴服颶風的雲播種工作，正如我們從 1964 年由國家颶風中心未來主任羅伯特·H·辛普森合著的文章《颶風修正實驗》中所瞭解到的那樣。（辛普森幫助開發了著名的薩菲爾-辛普森等級，該等級將颶風強度分為 1-5 級。）颶風中缺乏過冷水最終註定了這些雲播種工作的失敗。正如羅斯·N·霍夫曼在 2004 年的文章《控制颶風》中所解釋的那樣，人為削弱或改變這些破壞性風暴路徑的夢想至今仍然存在。
颶風和其他極端風暴的未來不太可能平靜。海平面上升，加上氣候變化導致的風暴增強，預計將大大增加損失。國家大氣研究中心的凱文·E·特倫伯斯在他 2007 年的文章《更溫暖的海洋，更強的颶風》中警告說，“全球變暖正在提高海面溫度。反過來，這種上升可能會增強颶風的強度，包括那些襲擊美洲的颶風。”費謝蒂在 2013 年回顧了超級風暴桑迪如何影響美國東北部的文章《每兩年發生一次的世紀風暴》中警告說，“到 2100 年，紐約市每年發生嚴重洪水的機率將高達二分之一。”
我對極端天氣未來的預測是：期待前所未有的事情發生。我還預測，隨著人為引起的氣候變化將我們推向一種新的、更高能量的氣候，這種氣候能夠產生歷史上任何記錄都無法比擬的極端天氣事件，我們將看到《大眾科學》中專門討論極端天氣的文章數量大幅增加。
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