Spatiotemporal analyses of Extreme Precipitation and Flooding in Tennessee

水是生命的常伴侣，但当它带着过强的力量或出现在错误的地方时，它就会变成一种破坏性的力量，足以重塑地貌并使社区遭受毁灭性打击。在美国，两种截然不同的水灾占据着新闻头条：一种是洪水，即河流和溪流溢出导致干旱土地被缓慢淹没；另一种是闪洪，即在强降雨后几分钟内就能形成的突然且剧烈的激流。尽管科学家们早已知道极端天气事件正变得越来越频繁，但要准确了解这些危险究竟在哪里以及如何变化，需要通过特定的视角来审视过去。研究人员必须不仅考察发生了多少场风暴，还要研究它们发生在何处，发生的频率如何，以及它们造成的破坏是否随着时间的推移而日益严重。这种调查有助于社区为那个水文与天气规则可能发生变化的未来做好准备。

东田纳西州立大学的一个研究小组最近将这种深入的、以时间为焦点的调查应用到了田纳西州。他们构建了一个数字模型，使他们能够按县观察三十二年的天气历史演变，以观察强降雨、河流洪水和闪洪在全州范围内的表现。他们的目标是超越简单的风暴计数，转而绘制出不断演变的危险模式。他们发现，虽然某些地区的洪水事件数量有所增加，而另一些地区则有所减少，但关于破坏程度的故事却讲述了一个不同且更紧迫的篇章。在州的中部地区，强降雨的频率正在上升，即便是在洪水次数并未必然增加的地方，洪水灾害带来的经济损失也在急剧上升。

为了理解这些变化，研究人员将该州视为一个活生生的时间轴。他们收集了 1991 年至 2022 年间记录的每一次强降雨、每一次河流洪水和每一次闪洪的记录。对于降雨，他们观察了那些预期为一年一次、两年一次和五年一次强度的风暴。对于洪水，他们追踪了发生的频率以及造成的财产损失金额。随后，他们将这些海量数据输入到一个计算机系统中，将信息组织成一个三维网格。在这个网格中，水平层代表了田纳西州 95 个县的地理分布，而垂直轴则代表时间，从 19 世纪 90 年代初一直延伸到当前。这使得团队不仅能看到事件发生的地点，还能看到这些模式如何随数十年演变并增强。

结果揭示了一个处于转型中的州。在整个田纳西州，经历强降雨增加的县的数量远多于减少的县。这一趋势在州中部表现得尤为强烈，那里的一组县已成为持续性的强降雨热点。在其中一些中部县，强降雨事件的数量在近年来与研究初期相比翻了一番甚至两三倍。研究人员识别出了特定的区域，如纳什维尔盆地（Nashville Basin）和坎伯兰高原（Cumberland Plateau）边缘，这些地方的强降雨正成为当地气候中一种常规且不断增强的特征。

当研究团队将注意力转向闪洪时，情况变得更加复杂。在州西部，特别是谢尔比县（Shelby County）和蒂普顿县（Tipton County），闪洪事件的数量明显在上升。然而，在州内的许多其他地区，闪洪的数量实际上有所减少或保持不变。这可能表明某些地区的危险正在消退，但关于财产损失的数据却讲述了另一个故事。在州中部和东部，闪洪造成的资金损失正在稳步攀升。这意味着，尽管某些地区的闪洪可能较少，但一旦发生，其破坏力却更大。这有点像一场风暴虽然袭击频率降低了，但每次到来时都带着更沉重的打击。

研究人员还观察了传统的河流洪水，这类洪水通常比闪洪上升得更慢。在这里，趋势在州中部和东部呈现明显的上升态势。中部田纳西州的县正经历着更频繁的河流洪水，而东部的这些事件的经济成本也在上升。有趣的是，研究发现洪水事件的数量与损失金额并不总是朝着相同的方向移动。在某些县，洪水次数在下降，但损失金额却在上升。这表明发生的洪水变得更加剧烈，或者是因为土地的变化（例如更多的建筑和道路阻碍了水分渗入地下）导致社区变得更加脆弱。

通过观察该州的地理和历史，研究人员得出了一个最引人注目的发现。研究人员指出，2021 年中部某县发生的一场打破纪录的降雨事件——单日降水量超过 20 英寸——引发了一场造成 22 人死亡和超过一亿美元损失的闪洪。这场比过去几十年中见过的任何事件都更为剧烈的单一事件，改变了该地区的长期趋势。研究还强调了该州的形式和边界可能会掩盖这些模式。当研究人员将整个州作为一个整体进行分析时，某些危险区域被中心地带大量的事件所掩盖。但当他们分别对东部、中部和西部地区进行分析时，新的热点显现了出来，特别是在东部，此前隐藏的危险被揭示了出来。

该研究得出结论，用于绘制这些变化的工具对于任何试图保护社区免受水灾影响的人来说都是非常有价值的。通过将危险在时间和空间上的移动可视化，规划者可以了解哪些区域正变得更加危险以及原因何在。研究表明，威胁并非均匀分布，而是集中在特定的区域，其中中部地区面临着强降雨和洪水破坏增加的最显著挑战。研究结果表明，应对未来不仅需要统计风暴的数量，还需要理解这些风暴的强度以及土地的脆弱性是如何共同变化的。随着气候的持续变化，这些详细的过去地图为构建更安全的未来提供了至关重要的指南。