上周晚些时候，当热带气旋海燕袭击菲律宾时，受风暴重创的塔克洛班市的居民说，他们为风力做好了准备，但没有为席卷城市的水墙做好准备。
那致命的巨浪是海燕的风暴潮。虽然飓风的高风速是造成死亡和破坏的原因之一，但在热带气旋期间，风暴潮和洪水会造成最多的人员伤亡。
路易斯安那州立大学的哈尔·尼德姆是密切关注海燕登陆的美国飓风研究人员之一。在过去的五年里，他一直在努力收集有关过去风暴潮的信息，这可能有助于研究人员改进对未来风暴潮的预测。
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尼德姆指出，塔克洛班的风暴潮可能是菲律宾有记录以来的最高风暴潮，与 1897 年创下的 24 英尺风暴潮记录不相上下。但在这场风暴潮中，研究人员看到的不仅仅是一个记录。他看到了一个比较。
尼德姆是一位自称的“极端天气”爱好者，他的博客 飓风哈尔的风暴潮博客 分析了现在和过去的旋风。他能够追溯历史上的风暴潮，这类似于农民如何滔滔不绝地谈论过去的丰收年和饥荒年。
然而，这种百科全书式的知识是为了一个更伟大的目标而获得的。在过去的五年里，尼德姆一直在挖掘政府数据、古老的报纸剪报和学术期刊，以寻找有关飓风高水位线的信息。
他创建的名为 SURGEDAT 的数据库，包括自 1880 年以来的 560 次风暴潮。它是世界上最全面的风暴潮数据库，其中包含来自美国和世界各地的历史性风暴潮。该项目是美国国家海洋和大气管理局资助的 南方气候影响规划项目 的一部分，该项目是路易斯安那州立大学和俄克拉荷马大学的研究人员对美国中南部气候影响进行研究的地方。
与过去的相似之处
在塔克洛班的风暴潮中，尼德姆立即看到了与 1900 年德克萨斯州加尔维斯顿飓风的相似之处，后者是美国历史上最致命的天气灾难。“菲律宾的水上升如此之快的原因与加尔维斯顿的水上升如此之快的原因非常相似，”尼德姆解释说。
海燕的风暴路径意味着它的风眼经过塔克洛班附近。起初，这导致强风将水推出圣佩德罗和圣巴勃罗湾。然而，当风眼经过塔克洛班附近时，风向逆转，将水吹向海湾并进入城市。
尼德姆说：“一旦风向改变，你就会看到非常高的水位快速上升。”他指出，虽然 1900 年加尔维斯顿的报告并没有明确提到水墙，但当时居民报告的水位上升速度非常快。
那场风暴路径，将风眼带到了德克萨斯州城市附近，也类似于海燕在塔克洛班附近的路径。当时加尔维斯顿的首席气象学家艾萨克·克莱因站在他的门廊上，当洪水来袭时，他估计水在四秒钟内上升了 4 英尺。
“在这一点上，这与菲律宾发生的事情非常相似，”尼德姆说。
尼德姆说，即使墨西哥湾沿岸的海岸线结构与菲律宾的不同，但此类风暴的相似之处也可以为风暴潮预测提供指导。他最近正在出版的研究证实了这一点。
他提取了 SURGEDAT 在墨西哥湾 130 年的风暴潮和飓风数据，并进行了统计分析，以查看哪些飓风条件与风暴潮高度相关。他发现的结果有些出乎意料。
最能强烈预测风暴潮高度的因素是飓风在登陆前 18 小时的大小和风速。“登陆前飓风的特征非常重要，”尼德姆说。
当观察到造成毁灭性风暴潮的卡特里娜飓风时，这一发现是真实的。尼德姆说，虽然它在登陆时只是 3 级飓风，但它在袭击前 18 小时的风速为每小时 175 英里。
他认为，在这种数据挖掘中发现的联系可能有助于物理学家更多地了解飓风的物理特征与风暴潮之间的关系。“我们希望数据驱动的方法能够很好地与建模相结合。建模的优点在于，建模可以处理[未来]事件。”
卡特里娜飓风和其他过去的飓风刺激了研究
佛罗里达州中部大学的工程学教授斯科特·哈根说，2004 年登陆的四次飓风，以及 2005 年的丹尼斯飓风和卡特里娜飓风，刺激了对改进风暴潮预测的额外研究。
根据风暴潮建模师哈根的说法，为了开发良好的飓风风暴潮模型，研究人员需要准确了解海水深度、沿海地形以及水将流经的陆地的特征，因为这会改变水和风的速度。
“因此，能够区分沙滩、沼泽地区、红树林沼泽和城市地区，”哈根说。
哈根说，激光雷达技术的进步使沿海风暴潮模型在地形和土地特征方面有了更好的输入。“我们现在基本上在开发地形模型时使用激光雷达。”
哈根说，海洋深度仍然是一个更大的不确定性领域，因为绘制海底地图既昂贵又困难。但像水下航行器这样的无人海洋工具，有可能在不久的将来改进海底测绘。
然而，即使所有这些领域都有良好的数据，并输入到一个好的模型中，“你仍然会缺少最基本的输入，那就是风场本身，”哈根说。
佐治亚理工学院的土木工程教授赫尔曼·弗里茨指出，卡特里娜飓风袭击的位置与 1969 年的 5 级飓风卡米尔相同，但卡特里娜飓风的风暴潮水位高于卡米尔，因为它的风在更远的地方持续时间更长。
“飓风基本上会在浅水区向海岸线吹拂多大的面积，这一点非常关键，”弗里茨说。卡特里娜飓风过后，研究人员努力重新创建了那场风暴的风场。
他们的 分析 发现，即使风暴的强度从 5 级降至 3 级，但它的风场扩大了。这意味着它能够将大量水推向陆地，导致了摧毁新奥尔良的风暴潮。
哈根称这项工作是“前所未有的”，它推进了风暴潮建模的科学。“我们从获得卡特里娜飓风风场的信息中获益匪浅。”
然而，哈根说，即使近年来对风场的了解有了很大提高，这仍然是一个活跃的研究领域，还有改进的空间。
在风暴来临前做好准备
圣母大学的工程师安德鲁·肯尼迪是一位风暴追逐者。他在风暴来临前出发，沿着海岸争抢，并将他用 PVC 管包裹的自制压力传感器固定在任何看起来坚固的东西上。
有时，当他负担得起时，他会使用直升机将仪器放入海洋。然后他等待飓风袭击。
肯尼迪说，他的研究团队正在努力测量风暴潮和波浪高度。美国地质调查局也参与了 类似的工作，在风暴来临前部署移动风暴潮监测网络。
肯尼迪说，由于研究人员必须在飓风来临前将仪器放置好，他们只能在每三次风暴中获得一次良好的数据。其余时间，风暴可能会改变其路径或减弱。“你要猜测它是否会登陆。”
在收集了在风暴中幸存下来的仪器后，研究人员将他测得的风暴潮和波浪高度输入到圣母大学的风暴潮建模师约翰尼斯·韦斯特林克那里。
在 2008 年袭击德克萨斯州海岸的艾克飓风的案例中，肯尼迪的数据表明，风暴潮模型低估了风暴潮。“他们的底部摩擦错了，”肯尼迪说。“测量结果帮助详细地显示了发生了什么，这有助于改进模型预测。”
向发展中国家转化
然而，虽然美国在卡特里娜飓风和其他袭击陆地的重大飓风的刺激下，正在稳步改进风暴潮预测背后的科学，但像菲律宾这样欠发达的国家是否能够利用这些进步还有待观察。
哈根说：“不幸的是，并非总是有资源来进行这些类型的研究。”他说，当像海燕这样的风暴袭击时，一个积极的结果可能是国际组织资助发展中国家的风暴潮和旋风研究。
然而，佐治亚理工学院的弗里茨说，挽救生命的最大进步可能归结为改进的预警和疏散系统。他指出了最近在 10 月中旬在印度登陆的旋风费林。
那里疏散了近一百万人，因此死亡人数非常少。
“飓风、旋风或台风就是这样。它们会提前预告，”弗里茨说。“你确实有几个小时到几天的时间来疏散人员。”
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