本文最初发表于 The Conversation。
风暴似乎会毫无征兆地袭来，突然爆发。它们可能绵延数百英里，横跨数个州，或者只局限于你所在的社区。
但它们都有一个共同点：气压的变化。
就像汽车轮胎漏气时，空气会从高压区流向低压区一样，大气中的空气也是从高压区流向低压区。
气压差越大，最终产生的风就越强。
地球自转、摩擦力和重力等其他力也会改变风速和风向。但这一切都始于距离上的气压变化——这就是像我一样的气象学家称之为梯度压。
那么，我们是如何产生梯度压的呢？
强梯度压的最终存在，都源于一个简单的事实：地球是圆的并且在自转。
由于地球是圆的，太阳在白天的赤道地区比在两极地区更直射。这意味着赤道附近的地表接收到的能量更多。这导致大气低层（天气发生的地方）平均而言比两极更温暖，气压也更高。
大自然不喜欢失衡。由于这种温差，在高海拔地区，例如美国大陆上方的中纬度地区，会产生强风。这就是急流，尽管它位于大气数英里高处，但对我们在地表感受到的风有很大影响。
由于地球自转，这些高空气流从西向东吹。急流中的波浪——这是地球自转以及地表陆地、地形和海洋变化的结果——会在某些点导致空气辐散或扩散。随着空气的扩散，一列空气分子的数量会减少，最终降低地表的气压。
在几天甚至几个小时内，气压可能会急剧下降，从而形成一个低压系统——气象学家称之为温带气旋。
相反的过程，即在其他地方空气辐合，可以在地表形成高压。
在这些低压和高压系统之间，存在着强大的、跨越一定距离的气压变化——即梯度压。而这种梯度压会导致强风。地球自转导致这些风围绕高压和低压区域螺旋状吹动。这些高压和低压就像巨大的圆形搅拌器，空气顺时针围绕高压吹动，逆时针围绕低压吹动。这种气流模式将暖空气向北吹向两极（在低压以东），并将冷空气向南吹向赤道（在低压以西）。
随着急流中的波浪从西向东迁移，地表的低压和高压也随之迁移，强风的通道也随之迁移。
这就是美国在2025年3月经历的情况，一个强大的温带气旋引发了绵延数千英里的强风，卷起了沙尘暴并蔓延了野火，甚至在美国中部和南部引发了龙卷风和暴风雪。
卷起沙尘暴，蔓延野火
在美国，急流在春季最强，且“波浪”形态最明显，此时南北温差通常最大。
在大规模气压系统相关的风，在地面摩擦力较小的区域可能变得非常强劲，例如大平原上平坦、森林稀少的地区。最大的风险之一是美国西部德克萨斯州或东部新墨西哥州的干旱地区的沙尘暴，这些地区的干旱加剧了情况。
当地面和植被干燥，并且空气相对湿度较低时，强风也可能导致野火失控。
当梯度压与地形相互作用时，甚至会出现更强的风。风有时会更快地向下坡吹，就像在落基山脉或在1月份引发洛杉矶地区毁灭性野火的圣安娜风中发生的那样。
猛烈的龙卷风和风暴
当然，在与雷暴相关的局部尺度上，风可能会变得更强、更猛烈。
当雷暴形成时，其中的冰雹和降水会导致空气在下沉气流中迅速下降，从而在这些风暴下方产生非常高的气压。当空气到达地面时，这种压力迫使空气水平扩散。气象学家称之为直线风，形成它们的机制是下击暴流。大雷暴或连续雷暴横扫一个地区，可能导致超过60英里/小时的强风大范围吹袭，称为飑线。
最后，一些自然界中最强的风发生在龙卷风内部。当雷暴周围的风随高度变化速度和方向时，它们就会形成。这可能导致风暴的一部分旋转，引发一系列事件，最终可能导致龙卷风，最猛烈的龙卷风风速可达300英里/小时。
龙卷风的风力也与强烈的梯度压有关。龙卷风中心的气压通常非常低，并且在很小的距离内变化很大。
雷暴下击暴流和龙卷风造成的局部剧烈风，常常发生在大型风暴期间，这并非巧合。温带气旋通常会通过强劲的南风将温暖潮湿的空气带到北部，这是雷暴的关键要素。当急流靠近这些低压中心时，风暴会变得更加严重，并可能产生龙卷风。在冬季和早春，强温带气旋西北侧的冷空气南下，甚至可能导致暴风雪。
因此，急流中的同一个波浪可能导致一个地区出现强风、吹沙和火灾危险，同时在其他地区引发龙卷风爆发和暴风雪。
