风暴潮:今年反常飓风季背后的科学

气象学家J. 马歇尔·谢泼德解释了墨西哥湾的飓风劳拉以及热带气旋的成因

NOAA 卫星于 8 月 23 日拍摄了劳拉和马可的图像,它们是 2020 年大西洋飓风季第 12 和 13 个被命名的风暴。

大西洋飓风季的高峰期已经到来,名副其实:上周后期,两个风暴劳拉和马可在墨西哥湾和加勒比海地区相对较小的范围内形成。它们的形成已经使本季的可用风暴名称的字母顺序过半——这清楚地表明,在灾难性的疫情和重大的经济不确定性中,2020 年正在满足对非常活跃的季节的预测。

双重风暴的出现恰好在飓风卡特里娜于 2005 年 8 月 29 日袭击路易斯安那州 15 周年之前。那次破坏性的事件——仍然是袭击美国的最严重的风暴之一——也是一个大片季节的一部分。2005 年的季节保持着命名风暴最多的记录,用完了所有计划的名称,迫使预报员使用希腊字母作为备用。如果风暴以当前的速度持续到本季 11 月 30 日的正式结束,这种情况今年可能会再次发生。这些风暴对美国构成威胁,因为被称为百慕大高压的高压区已经向西移动,这使得它们更有可能袭击东海岸或墨西哥湾沿岸。

热带风暴马可已经消失,但它给墨西哥湾沿岸带来了一些明显的降雨。飓风劳拉似乎构成了更大的威胁,其“不确定性锥体”(气象学家预测飓风可能采取的可能路径范围)显示它可能会作为一场主要的飓风袭击路易斯安那州西部或德克萨斯州东部的海岸。


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为了分析两个风暴如此靠近是多么不寻常——以及气候变化如何与飓风趋势和风险相适应——《大众科学》采访了气象学家兼佐治亚大学教授 J. 马歇尔·谢泼德。

[以下是经过编辑的采访记录。]

在一个海洋盆地中的同一区域看到两个风暴有多不寻常?

我不认为在一个盆地中有两个以上的风暴有任何不寻常之处;我们在大西洋或太平洋盆地经常看到这种情况。现在,在同一时间在墨西哥湾看到两个风暴是非常不寻常的。事实上,如果这两个风暴都是墨西哥湾的飓风——一度看起来有这种可能性——我认为这在卫星时代 [自 1960 年代中期以来] 是前所未有的。但即使现在,我们看到的情况是,在之前的一周里,两个不确定性锥体基本上在几天内相互交叉——这很奇怪。

什么条件使这两个系统能够在时间和空间上如此靠近地发展?

一直以来,我们都知道这将是一个活跃的大西洋飓风季。水域非常温暖,现在墨西哥湾的水域是地球上最温暖的一些。一年中的这个时候也是我们开始看到风切变 [当风在大气层的不同高度以不同的方向吹时] 更为放松的时候。所以,通常情况下,飓风季节的高峰期往往在 8 月 20 日左右开始升温。这也是一年中我们开始看到较少灰尘 [这会阻碍风暴] 从非洲飘来的时间。背景中还有其他一些事情正在发生:有一种叫做马登-朱利安振荡和开尔文波 [穿过大气并影响天气的模式] 的东西。我们能够看到,活动将会再次回升,因为这些 [现象] 将会有一个相位,这将导致大气层普遍向上推。你会有更多的上升气流。

关于气候变化在助长这种情况中的作用,我们能说些什么?

我认为这种更早更温暖的水的产生与我们在气候变化环境中预期的非常一致。我们正处于高辛烷飓风燃料的时代。我认为飓风劳拉也有合理的快速增强的机会(这是 24 小时内一定的压力下降)在墨西哥湾。而且,这部分是由我们在墨西哥湾拥有的超温暖水域推动的。在讨论气候变化时经常被忽略的一件事是,大部分变暖都发生在海洋中——90% 或更多。正如我经常在我的讲座中所说的那样,所有的变暖都会以某种方式回到大气中。飓风是它做到这一点的方式之一。

我认为近年来出现了一些非常有说服力的证据——尽管尚不清楚这两个风暴中的任何一个是否会这样做——但我确实认为有非常确凿的证据表明气候变化正在导致风暴减速或停留更长时间——在某些情况下,正如我们在 [飓风] 哈维和弗洛伦斯身上看到的那样,会停滞不前。我认为我们已经看到强风暴向北移动更多。我们甚至在本赛季早些时候就看到了这种情况,当时我们在大西洋中部和东北部,在我们倾向于看到这些事物发生的边缘地带形成了一些热带风暴。我认为,如果我们确实像一些模型对飓风劳拉的指示那样,出现 3 级或更高级别的风暴,那将只是延续这些真正强烈的风暴——快速增强的风暴的趋势。

最后,关于气候变化和飓风,我想说的另一件事是我一直坚信的事情:早在 2007 年,我就在同行评议的文献中发表了一篇论文,研究了“飓风和热带风暴对沿海降雨的贡献是什么?”我实际上是想为未来的研究建立一个基线,因为我想知道飓风或热带风暴平均每年在美国沿海地区贡献多少降雨量。我还没有进行后续研究,但我怀疑飓风可能已经变得更潮湿了。我怀疑它们只是更多产的降雨制造者。你经常听到气候变化是国家安全的威胁倍增器,但它是飓风的影响倍增器。

如果像劳拉和马可的情况一样,背靠背的风暴袭击同一地区,会有什么额外的风险?

一是我们正处于大流行病中。因此,如果通常因 COVID-19 而关闭的避难所关闭——或者如果您与很多人在避难所中,并且这会因 COVID-19 而增加风险,那么这会使疏散计划复杂化。

其次——我在周末的时候有点担心这个问题,当时看起来马可会仍然是一场飓风——但是你能想象人们刚从洪水甚至可能较小的风害中恢复过来,然后在 48 小时后不得不应对可能更强的风暴吗?从后勤上来说,为一场风暴做好准备和从中恢复过来已经足够困难了。

我在 Twitter 上看到的另一件事——我真的没有考虑过,但实际上这是一个很棒的观点——是:我们的一些风暴潮模型以及我们用于危险预警的其他一些东西,将如何应对背靠背的风暴?当海洋可能没有按照模型的一些假设和参数化所说的那样运行时,它们可以重置和校准自身吗?

在我们即将迎来卡特里娜飓风 15 周年之际,我们对飓风的理解和气候变化的作用自那时以来发生了怎样的变化?

我认为我们在过去 15 年里在路径预测方面有所改进;锥体可以说继续缩小。我认为如果你今天看到卡特里娜飓风的同一个锥体与 15 年前相比,它今天会窄得多。不幸的是,我们仍然在强度预测方面有点困难。取得了一些进步,但正如我们从马可和劳拉身上看到的那样,强度预测仍然非常棘手。这仅仅是因为我们需要模型的一些物理学正在以我们通常没有测量值的方式发生,就像我们从探测 [如气象气球] 中获得的大型大气导向电流的测量值一样。

我是美国国家科学院 [科学、工程和医学] 的极端天气归因报告的作者之一,该报告回顾了我们在气候变化归因于极端天气事件方面所处的位置。我们发现,我们非常明确和确信热浪、极端降雨事件、可能的一些干旱事件和缺乏寒冷事件高度归因于气候变化。飓风更多地属于中间。这仅仅是因为,在那份报告中,我们使用了“三条腿的凳子”方法:气候模型必须能够重现该事件,你必须对该事件有良好的物理理解,并且你必须有一个足够强大的记录。我认为在 2005 年,我们可能更没有能力将气候变化的某些方面归因于飓风。在 2020 年,我认为归因信号——至少在强度方面,可能在更强飓风的停滞和向北迁移方面——我认为我们有更多的信息。我想说,今天我们有更复杂、更好的归因研究。如果我们现在要编写这份美国国家科学院的报告,我认为飓风归因信号可能会在某种程度上向上移动。

Andrea Thompson is an associate editor covering the environment, energy and earth sciences. She has been covering these issues for 16 years. Prior to joining 大众科学, she was a senior writer covering climate science at Climate Central and a reporter and editor at Live Science, where she primarily covered earth science and the environment. She has moderated panels, including as part of the United Nations Sustainable Development Media Zone, and appeared in radio and television interviews on major networks. She holds a graduate degree in science, health and environmental reporting from New York University, as well as a B.S. and an M.S. in atmospheric chemistry from the Georgia Institute of Technology. Follow Thompson on Bluesky @andreatweather.bsky.social

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