雷暴是一種伴隨閃電和雷鳴的風暴現象。當雷暴發生時，強烈的閃電和轟鳴的雷聲或許能帶來壯觀的自然景象，但它也可能引發突發洪災、大規模野火、破壞性冰雹、狂風、龍卷風、社會經濟損失，甚至傷亡等可怕的災難。

　　覆蓋了美國德克薩斯州、俄克拉何馬州和堪薩斯州的北美南部大平原，是大型雷暴的高發地。這里發生過一些全球范圍內最強的雷暴。近年來，這個地區的雷暴發生頻率和強度都在增加。

　　然而，由于氣候模型物理學的局限性，科學家仍然難以精確地評估不同氣候情景下的雷暴特征的變化，也難以預測雷暴會如何以及在何時出現。

　　現在，一項新發表在《自然-地球科學》上的研究通過分析德克薩斯州的3~5萬年前的鐘乳石中的氧同位素，評估了過去的雷暴大小和持續時間的變化。他們發現，雷暴所表現出的變化與氣候變化有關。

　　發生在美國南部大平原的雷暴群常常合并形成大于100千米的中尺度對流系統，產生大量降雨。目前南部大平原的年降水量的50-90%都是由這些綿延數百千米的大型風暴所提供。相反，美國中部地區會在中尺度對流系統活動和強度異常弱的年份出現干旱情況。

　　在中尺度對流系統(大型風暴)與非中尺度對流系統(較小的風暴)的重大天氣事件中，了解過去究竟發生過什么是非常重要的問題。而目前最優的氣候模型并不能很好地呈現這些中尺度對流系統及構成其的雷暴系統，它們無法捕捉這些大型天氣事件。如此一來，關于南部大平原的氣候預測仍存在高度不確定性。

　　新研究的第一作者Christopher Maupin是一位古氣候學家。他意識到了在捕捉不同時間的天氣事件的真實分布時，現有模型所存在的局限性。他認為古氣候學或許能有助于梳理發生在過去的這些天氣事件，并創建出一份能表明它們是如何應對平均氣候的記錄。

　　在美國的南部大平原地區可能有著數千個古老的洞穴，這些洞穴中保存著鮮為人知的、尚未被好好地研究過的氣候記錄。洞穴里的那些豐富的沉積物，為科學家分析氣候提供了完美的“替代記錄”。

　　從洞穴中提取的樣本被用作了解德克薩斯州古氣候的重要工具。Maupin與同事對洞穴里的形成于3~5萬年前的鐘乳石進行了碾碎，并檢測了這些鐘乳石中的氧同位素。此外，他們還分析了雷達數據和降雨測量，試圖弄清隨著時間的推移各個降雨事件之間的聯系。他們檢測了在2015年4月18日至2019年1月3日這段時間內，德克薩斯州奧斯汀市的154個日降水中的氧同位素之比( O/ O)和氫同位素之比( H/ H)的變化。

　　研究人員試圖通過這些測量與分析來獲取該地區的降雨信息，追蹤過去發生在這里的雷暴的趨勢和持續時間，得出過去天氣事件的準確圖像。最終，研究人員發現雷暴從弱到強的循環周期，大約每一千年一次，與發生在大約12000年前到115000年前的上一次冰期之間所出現的全球氣候突變相一致。

　　目前，科學家仍不知道的是未來將會發生什么。因此，如果存在一個關于過去的氣候模型，并且這個模型與洞穴中所記錄的同位素信息一致，那么當他們向未來運行這個模型時，就能得到可靠的發現。這樣的模型將有助于我們預測未來的雷暴趨勢，理解未來的雷暴分布。

　　新的研究正在推翻一些過時的理論，它讓科學家意識到必須將研究課題擴大到雷暴是如何變得更大的，以及是什么影響了它們。雷暴所帶來的降雨會攜帶著由這些巨大雷暴留下的同位素特征，不管它們發生在什么地方，古氣候學家都有可能利用這些痕跡發現新的線索。而了解那些大尺度的環流變化不僅有助于評估過去的雷暴事件，還可以用來預測未來中緯度地區的雷暴模式。