自然气候模式导致海平面快速上升的热点地区

其中一个热点地区可能正在德克萨斯州和路易斯安那州沿海发展

以下文章经许可转载自The Conversation,这是一个报道最新研究的在线出版物。

对于居住在美国东海岸和墨西哥湾沿岸的美国人来说,2017年大西洋飓风季于11月30日结束,这是一种解脱。今年,预报员记录了17个被命名的风暴,其中10个变成了飓风。六个是大型飓风(3级或更强),三个登陆:德克萨斯州的哈维,加勒比海和佛罗里达州的艾尔玛,以及加勒比海和波多黎各的玛丽亚。这是有史以来损失最惨重的季节,造成的损失超过2000亿美元


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许多科学家已经发现证据表明,气候变化正在放大飓风的影响。例如,本月刚刚发表的几项研究得出结论,认为人为造成的气候变化使哈维飓风期间的降雨更加强烈。但是,气候变化并不是导致飓风破坏性更大的唯一因素。

在与我们的同事乔恩·马丁合著的研究中,我们表明,两种汇聚的自然气候过程在2011年至2015年间,从北卡罗来纳州的哈特拉斯角到迈阿密形成了一个“热点”,那里的海平面上升速度是全球平均水平的六倍。我们还表明,在过去的一个世纪里,这种热点也曾在东海岸的其他地方出现过。现在我们看到迹象表明,其中一个正在德克萨斯州和路易斯安那州发展,在那里它很可能在哈维期间加剧了洪水,并可能使未来的沿海风暴更具破坏性。

解决盐度难题

我们的工作始于乔恩·马丁向我们中的一人(阿诺尔多)展示了来自印度河泻湖地底沉积物中滞留的水的盐度数据,该泻湖位于佛罗里达州中东部的沿海。在这里,零盐度的地下水沿着几个沙洲后面的海岸汇集。乔恩和他的研究小组正在分析水化学的变化,并发现盐度在过去的十年中急剧增加。这表明盐水正在迅速侵入泻湖。

这个过程通常是由海平面上升或人类从地下抽取淡水或两者结合驱动的。阿诺尔多查阅了美国国家海洋和大气管理局的在线数据,发现2011年至2015年间,附近的三叉戟码头的海平面上升迅速加快。虽然全球海平面平均以每世纪约1英尺的速度上升,但该地点的记录显示,短短五年内上升了约5英寸。

当阿诺尔多与安德里亚分享这一发现时,安德里亚是海平面上升方面的国际专家,她感到震惊。这些速率比佛罗里达海岸线沿海海平面上升的长期速率高出十倍。进一步的调查表明,哈特拉斯角以南的所有验潮仪在同一时期都显示出类似的上升趋势。这提出了两个问题:之前在美国东南部是否观察到过类似的海平面快速上升率?是什么原因导致了这种暂时的加速?

汇聚的气候模式

之前的研究表明,哈特拉斯角以北的地区容易受到海平面上升速度加快的影响,特别是在气候变化的背景下。预计全球变暖将削弱墨西哥湾暖流,这是一股强大的大西洋洋流,它将水从东海岸拉走并向北输送。减缓墨西哥湾暖流会使更多水留在海岸线,从而提高海平面。

但是,这种机制无法解释海角以南海平面的这种大幅度跳跃。另一项先前的研究提供了另一个线索。它提出,北大西洋涛动(NAO),北大西洋不同区域气压的跷跷板模式,可以解释短期海平面上升变化位置的变化。

NAO的变化改变了急流的位置、风的模式和风暴路径,所有这些都会影响北大西洋盆地水的分布。最终,NAO对海洋的累积影响决定了水是会堆积在哈特拉斯角以北还是以南。因此,在2009-2010年期间,水优先堆积在哈特拉斯角以北,而在2011年至2015年期间则堆积在以南。

这种与NAO相关的机制解释了海平面加速可能发生在大西洋沿岸的哪些地方,但似乎没有解释它们的时间。我们通过检查过去一个世纪沿美国大西洋沿岸的验潮仪记录来填补空白。这项审查表明,为期一到几年的短期海平面加速的时间,与另一种反复出现的气候模式的累积信号相关:厄尔尼诺南方涛动或ENSO,这是热带太平洋盆地大气压力涛动的结果。

尽管ENSO发生在太平洋,但它的影响传播到整个北美,改变了美国东部的气温和风向。这些风分布的变化会影响北大西洋的水输送,有时会导致水在美国东海岸积聚。其他科学家表明,这种运输最终决定了美国大西洋沿岸海平面上升短期加速的时间。

总之,我们发现,在过去的一个世纪里,海平面上升的短期加速反复发生,有时发生在哈特拉斯角以南,有时则集中在海角以北。这些热点地区在五年内的增长速度可能超过4英寸,并且可能发生在美国大西洋沿岸的任何地方。当ENSO和NAO的累积信号汇聚时,就会形成这些热点地区,将海水推向海岸线。

沿海洪水的未知因素

我们的研究对沿海规划者具有重要的意义。全球变暖正在提高整个大西洋沿岸的海平面,社区应该为此做好准备。此外,我们的研究结果表明,由于太平洋和大西洋盆地海洋与大气相互作用的变化,海平面可能会在这个水平上下波动超过4英寸,为期五年。这种变化可能会在五到十年的时间里发生。

这些热点地区加剧了风暴和潮汐已经发生的沿海洪水的严重程度。查尔斯顿、南卡罗来纳州和杰克逊维尔、佛罗里达州之间的居民——现在的海平面比2010年至少高出4英寸(10厘米)——已经意识到了这一点。

现在,我们正在查看墨西哥湾的数据,那里的潮汐站也显示水位通常高于预测值。佛罗里达州墨西哥湾沿岸的增长已经过了高峰期,但德克萨斯州和路易斯安那州的海平面上升仍在加速。海平面上升加速很难预测,而且尚不清楚随着时间的推移,它们是否会变得更加严重。但这使得沿海社区今天认真对待海平面上升变得更加紧迫。

本文最初发表于The Conversation。阅读原文

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