雷暴是一种伴随闪电和雷鸣的风暴现象。当雷暴发生时，强烈的闪电和轰鸣的雷声或许能带来壮观的自然景象，但它也可能引发突发洪灾、大规模野火、破坏性冰雹、狂风、龙卷风、社会经济损失，甚至伤亡等可怕的灾难。覆盖了美国德克萨斯州、俄克拉何马州和堪萨斯州的北美南部大平原，是大型雷暴的高发地。这里发生过一些全球范围内最强的雷暴。近年来，这个地区的雷暴发生频率和强度都在增加。
然而，由于气候模型物理学的局限性，科学家仍然难以精确地评估不同气候情景下的雷暴特征的变化，也难以预测雷暴会如何以及在何时出现。现在，一项新发表在《自然-地球科学》上的研究通过分析德克萨斯州的3~5万年前的钟乳石中的氧同位素，评估了过去的雷暴大小和持续时间的变化。他们发现，雷暴所表现出的变化与气候变化有关。发生在美国南部大平原的雷暴群常常合并形成大于100千米的中尺度对流系统，产生大量降雨。
目前南部大平原的年降水量的50-90%都是由这些绵延数百千米的大型风暴所提供。相反，美国中部地区会在中尺度对流系统活动和强度异常弱的年份出现干旱情况。在中尺度对流系统（大型风暴）与非中尺度对流系统（较小的风暴）的重大天气事件中，了解过去究竟发生过什么是非常重要的问题。而目前最优的气候模型并不能很好地呈现这些中尺度对流系统及构成其的雷暴系统，它们无法捕捉这些大型天气事件。
如此一来，关于南部大平原的气候预测仍存在高度不确定性。新研究的第一作者Christopher Maupin是一位古气候学家。他意识到了在捕捉不同时间的天气事件的真实分布时，现有模型所存在的局限性。他认为古气候学或许能有助于梳理发生在过去的这些天气事件，并创建出一份能表明它们是如何应对平均气候的记录。
在美国的南部大平原地区可能有着数千个古老的洞穴，这些洞穴中保存着鲜为人知的、尚未被好好地研究过的气候记录。洞穴里的那些丰富的沉积物，为科学家分析气候提供了完美的“替代记录”。从洞穴中提取的样本被用作了解德克萨斯州古气候的重要工具。Maupin与同事对洞穴里的形成于3~5万年前的钟乳石进行了碾碎，并检测了这些钟乳石中的氧同位素。
此外，他们还分析了雷达数据和降雨测量，试图弄清随着时间的推移各个降雨事件之间的联系。他们检测了在2015年4月18日至2019年1月3日这段时间内，德克萨斯州奥斯汀市的154个日降水中的氧同位素之比（¹⁸O/¹⁶O）和氢同位素之比（²H/¹H）的变化。研究人员试图通过这些测量与分析来获取该地区的降雨信息，追踪过去发生在这里的雷暴的趋势和持续时间，得出过去天气事件的准确图像。
最终，研究人员发现雷暴从弱到强的循环周期，大约每一千年一次，与发生在大约12000年前到115000年前的上一次冰期之间所出现的全球气候突变相一致。目前，科学家仍不知道的是未来将会发生什么。因此，如果存在一个关于过去的气候模型，并且这个模型与洞穴中所记录的同位素信息一致，那么当他们向未来运行这个模型时，就能得到可靠的发现。这样的模型将有助于我们预测未来的雷暴趋势，理解未来的雷暴分布。
新的研究正在推翻一些过时的理论，它让科学家意识到必须将研究课题扩大到雷暴是如何变得更大的，以及是什么影响了它们。雷暴所带来的降雨会携带着由这些巨大雷暴留下的同位素特征，不管它们发生在什么地方，古气候学家都有可能利用这些痕迹发现新的线索。而了解那些大尺度的环流变化不仅有助于评估过去的雷暴事件，还可以用来预测未来中纬度地区的雷暴模式。