美国南部大平原的大型雷暴是地球上最强的雷暴之一。近年来，这些风暴的频率和强度都有所增加，新的研究表明，这些变化与气候变异有关。
由 Christopher Maupin、Courtney Schumacher 和 Brendan Roark、德克萨斯农工大学地球科学学院的所有科学家以及其他研究人员共同撰写的研究结果最近发表在《自然地球科学》上。
在这项研究中，研究人员分析了德克萨斯州洞穴中 30,000-50,000 年前钟乳石的氧同位素，以了解过去雷暴及其持续时间的趋势，使用该地区降雨同位素的基于雷达的校准。他们发现，当风暴制度在千禧年时间尺度上从弱组织转变为强组织时，它们与上一次冰期期间众所周知的全球突然气候变化相吻合，该变化发生在大约 120,000 至 11,500 年前。
通过现代天气分析，研究人员了解到南部大平原的雷暴与更大规模发生的风和水分模式变化密切相关。了解这些变化和各种相关性不仅有助于重建过去的雷暴发生，而且有助于预测未来的中纬度雷暴模式。
“在南部大平原的洞穴内可以找到代理记录，”莫平说。“大平原南部和德克萨斯州南部可能有数千个洞穴。为什么没有在这些地区进行更多的研究?洞穴沉积物作为替代物很有希望。”
舒马赫说，科学家们了解现代降雨模式，大风暴会消耗同位素。
“然而，我们不知道未来会发生什么，这项工作将有助于预测未来风暴的趋势，”她说。“如果我们可以运行一个与洞穴记录一致的过去气候模型，并继续运行相同的模型，如果它与洞穴记录匹配，我们就可以更相信它的发现，而不是如果它们不匹配。在两个模型中，如果一个真的与洞穴同位素相匹配，那么你可以相信那个人在未来了解风暴分布。”
洞穴保存着鲜为人知的气候记录
古气候学家莫平描述了在捕捉天气事件随时间的真实分布方面存在的局限性。
“关于我们通过中尺度对流系统(大风暴)与非中尺度(较小风暴)的东西所经历的大天气事件，过去发生了什么非常重要的问题，”莫平说。“我们从真正的大风暴中获得了如此多的降水，而模型网格无法捕捉大型天气事件，因为网格本身太大了。古气候学有助于组织过去的事件，以开发它们如何对平均气候做出反应的代理记录。”
莫平与台湾大学合作进行铀钍定年，发现钟乳石和石笋实际上来自冰河时代。
跨学科合作
需要舒马赫的专业知识来与随时间发生的各种降雨事件建立联系。她拥有在全球范围内处理雷达数据和降雨测量的经验。
“覆盖数百英里的大风暴提供了德克萨斯州大约 50-80% 的降雨，”舒马赫说。“在现代，这些风暴具有不同的同位素特征。”
他说，莫平的研究正在推翻古世界中过时的原则，因为你必须研究风暴如何变得更大以及影响它们的因素。
“这些雷暴如此之大，即使大部分降雨发生在俄克拉荷马州，德克萨斯州的降雨仍将带有这些巨大风暴的同位素特征，”莫平说。“无论它们发生在哪里，你都在对这些系统进行指纹识别，并且它们不必非常局部化才能被识别。大风暴会导致同位素特征耗尽。你无法单独解释钟乳石随温度变化的变化。”
阿吉本科生的研究经验
Celia Lorraine McChesney '16 和 Audrey Housson '16 是参与本出版物的两名本科研究人员，他们都通过实地工作、合作和高影响力的学习经验学到了很多东西。
“来自洞穴的样本被用作了解德克萨斯古气候的高影响学习工具，”莫平说。“其中一名本科生开始对钟乳石进行微铣削。我很幸运能够使用地球科学学院的资源，并与这些才华横溢的本科生一起进行开创性的研究。”
麦克切斯尼说，她在实验室撰写毕业论文的经历“非常宝贵”，这项研究使她能够旅行并进入该领域。
“作为德克萨斯 A&M 的一名本科生，我很自豪能成为最早在古气候记录中关联气候变化和天气联系的团队之一，”Housson 说。“整个经历让我接触了学术界，让我作为一名科学家更加自信。现在，作为一名地质学家和土木工程师，我正在从事与水资源相关的隧道和大坝等重型民用基础设施项目。我喜欢如何我的职业生涯与我的本科研究有关，了解气候变化与天气之间的相关性有助于规划未来的水资源。”
这项研究的部分资金由德克萨斯 A&M 大学高影响力的本科研究资助提供。
