人类和生态系统都在努力应对极端天气和气候条件。本合集中的文章研究了一系列极端的天气和气候现象，这些现象要么是罕见的，要么是强度大的，要么是两者兼而有之。这些研究旨在帮助社会更好地预测和管理未来最具影响力的天气和气候事件的挑战，无论是几周后还是几十年后。

近年来，科学家对极端天气和气候的兴趣激增。与“日常”天气相比，飓风、热浪和干旱等极端事件的影响总是不成比例的。然而，现在科学家们对这种极端天气的频率和强度的预期变化有了越来越多的看法。首先，人们越来越了解天气和气候极端事件在人为变暖下可能发生的变化。其次，有一种新的和正在出现的能力，可以预测未来几周或一个月极端天气的可能性——亚季节性到季节性(S2S)时间范围。正如Mariotti和她的同事所描述的，对S2S预测的兴趣，特别是对极端情况的预测，一直是几个国家和国际研究项目的动力。1利用其中一个项目的一个新的预测数据库，Vitart和Robertson2发现令人信服的证据表明，即使采用目前的方法，热浪和热带气旋活动也可以提前几周预测。

S2S对极端天气的预测也提出了新的问题，包括如何最好地评估这种预测的质量。福特和合作者3.提出了一种无缝的方法来评估未来数天至数周极端高温预报的质量。这种方法发现了目前可用的预测模型的问题和改进它们的可能策略。

北美西海岸的极端降雨通常与输送大量水分的“大气河”(ARs)有关。Mundhenk和他的合作者4关于AR活动与马登-朱利安振荡(MJO)之间关系的报告，众所周知，MJO可以提前几周预测。这一发现为AR活动和极端降雨的亚季节预报提供了科学依据和方法。然而，气候变暖可能导致ARs的水分输送增强。Lu和合作者5研究人员检查了气候预测，发现到21世纪末，未来更长、更频繁的登陆ar将增加东北太平洋和美国西部的水文极端事件。

在世界其他地区，热带气旋造成了最极端的降雨事件，预计气候变暖将增加降雨率。6Kossin7发现自20世纪中叶以来，全球热带气旋的转换速度下降了10%，这种放缓很可能导致热带气旋的总降雨量增加，例如2017年德克萨斯州哈维飓风带来的前所未有的总降雨量。

除了对降雨和热带气旋的影响外，海洋变暖还会影响生态系统。Frölicher和同事们8研究了历史和模拟的海洋热浪(MHWs)，发现在过去几十年里，MHWs已经变得更加频繁、强烈和持续时间更长。预计这一趋势将随着全球进一步变暖而加速，对海洋生物和生态系统造成不利的、可能不可逆转的影响。

极端气候对土壤和海洋都有影响。Basto和合作者9检查了天然土壤种子库，即地下存放休眠种子的地方。长期的干旱对地面上的草地物种有不利影响，但在多年的干旱后，地下种子库中有几个物种完全消失了。

龙卷风在美国并不罕见，据报道每年有1000多起，但它们会造成人员伤亡和严重破坏。Trapp和Hoogewind10在北极夏季龙卷风活动与北极海冰范围(SIE)之间发现了一种新的和意想不到的强有力的统计关系，SIE的减少与龙卷风活动的减少有关。这些发现出乎意料，与极端天气增加与SIE下降相关的研究形成了对比。11虽然美国龙卷风的报告数量一直相当稳定，但Gensini和Brooks12发现龙卷风发生的地方正在发生变化，这对管理风险具有重要意义。

极端天气和气候不仅给社会带来挑战，也给科学带来挑战。最近的许多进展都可以追溯到建模和仿真的改进。像强降雨这样的极端情况取决于发生在短时间尺度和小空间尺度上的物理过程。计算能力的提高使得时间和空间分辨率更高，为数值天气预报和气候变化预测提供了更真实的极端描述。尽管如此，气候变化将如何改变极端天气的频率和强度仍存在不确定性，特别是在区域范围内，需要继续努力更好地了解涉及极端天气和气候的广泛时间和空间尺度。