2020年大西洋飓风季创下纪录,也引发了人们对气候变化的更多担忧

Rescue workers are seen on a vehicle crossing a flooded street during Storm Hanna in Apodaca on the outskirts of Monterrey, Mexico
Rescue works cross a flooded street during Storm Hanna in Mexico.Image: REUTERS/Daniel Becerril
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  • 本次飓风季打破了许多纪录。

  • 大西洋飓风区域气温创历史新高,加上赤道太平洋表层海水变冷的拉尼娜模式。

  • 由于海洋温度决定热带气旋的潜在强度,这一趋势很可能是气候变化造成的,且预计将持续下去。

  • 10场风暴经历了快速增强,这一数字自1995年以来从未出现过。

在2020年大西洋飓风季开始之前,人们就清楚地预见到它将十分繁忙。六个月后,回望这一季,我们看到的是一连串被打破的纪录,尽管该季节已于11月30日正式结束,但风暴的影响可能仍未结束。

本季共有30场命名风暴,创下纪录,超过了2005年那场灾难性飓风季所保持的纪录,该季曾带来卡特里娜飓风袭击新奥尔良。这是自1950年代开始命名以来,风暴名称列表第二次被用尽。

共有10场风暴经历了快速增强,这一数字自1995年以来从未出现过。其中12场在美国登陆,同时也创下了一项新纪录。在这些登陆风暴中,有6场达到飓风强度,又一次与纪录持平。

2020年大西洋飓风季示意图。Image: Brian McNoldy

作为大气 科学家,我们的研究旨在更好地理解是什么推动了热带气旋的形成过程,以及气候变化如何在更长的时间尺度上影响它们。以下是研究告诉我们的关于2020年飓风季的情况,以及未来可能出现的情况。

为什么2020年会有这么多风暴?

两个关键因素的不幸结合,使得本季非常有利于热带风暴的形成。

首先,拉尼娜模式使赤道太平洋形成了表层海水变冷的现象,且其强度超出了预期。

具有讽刺意味的是,赤道太平洋的降温使热带风暴更容易在大西洋形成并增强。这是因为拉尼娜减弱了热带大西洋上空的垂直风切变。垂直风切变是指风速随高度的变化,对风暴发展具有极大的破坏作用。

随着本季拉尼娜模式的确立,热带大西洋变得更有利于风暴的形成和增强。

2020年9月的大西洋海表温度高于1981至2010年的平均水平。Image: NOAA

第二个关键因素是大西洋(包括墨西哥湾和加勒比海)的水温异常偏高。

飓风的能量来自海洋向大气的热量传递。因此,海表温度决定了风暴在理想条件下能够达到的最大潜在强度,它就像飓风强度的热力学“速度限制”。

本季大西洋飓风区域的海表温度接近历史最高水平,其中包括9月,而9月是有记录以来大西洋风暴最活跃的月份。

气候变化与此有何关系?

本季故事的一个重要部分,是我们正在目睹的大西洋变暖趋势,这一趋势前所未有,至少可追溯到数千年前。

海洋储存了温室气体所截留的大部分多余热量。随着温室气体浓度仍在持续上升,由于人类活动(如化石燃料的燃烧),平均海表温度很可能在未来几十年继续上升。

气候变化是否导致了本季异常多的风暴尚不明确。全球飓风频率并未显示出可检测的趋势,而计算机模拟研究得出的结果相互矛盾。

然而,气候变暖正以其他方式加剧飓风带来的威胁。

越来越大的比例的高强度风暴(三级、四级和五级)正在全球各地被观测到,大西洋也不例外。由于海洋温度控制着热带气旋的潜在强度,气候变化很可能是造成这一趋势的原因,且预计该趋势将持续。

美国也正在经历更多伴有极端降雨的风暴。请想想2017年飓风“哈维”在休斯顿地区带来的50英寸降雨,以及2018年飓风“佛罗伦萨”在北卡罗来纳州带来的30多英寸降雨。气候变暖在这里同样起着关键作用。气温升高时,更多水分能够蒸发进入大气,从而导致空气中的水汽含量更高。

2020年飓风季的影响

本季共有10场风暴经历了快速增强,即在24小时内最大风速增加35英里/小时。快速增强的风暴尤其危险,原因在于:1)它们难以准确预测;2)它们在登陆前不久增强时,留给人员撤离的时间极为有限。

卫星仪器拍摄到飓风“艾欧塔”于11月16日在尼加拉瓜登陆。图像显示云顶温度,这可以告诉科学家云层有多高。Image: NOAA;James H. Ruppert Jr.

飓风“劳拉”和“莎莉”在本季登陆墨西哥湾沿岸前都迅速增强。“伊塔”在袭击尼加拉瓜前迅速增强至四级,仅两周后,“艾欧塔”在同一地点基本重演了这一过程。

近几十年来,热带气旋路径的预报大幅改善,预报时效最长可提前五天。然而,风暴形成和增强的预报相比之下改善非常有限。

飓风快速增强的预报尤其不佳。

虽然由美国国家飓风中心发布的官方预报由人类预报员做出,但他们依赖预测模型的指导,而这些模型在并不十分准确涉及快速增强时。

天气模型的复杂性使这一挑战十分艰巨。然而,随着研究人员更深入地了解飓风如何形成和增强,并找出计算机模型预测中误差的根本原因,这一挑战将变得更易应对。

我们的最新研究探讨了云层如何形成自身的温室效应,锁住热量,从而使飓风更快形成和增强。改进数值模型对这种云反馈的处理方式,最终可能带来更准确的预报。在发展中的风暴中,收集新的观测数据的创新方法,深入到其最小尺度,对于指导这些改进同样必不可少。

鉴于高强度风暴的上升趋势,这些风暴带来的风险只会增加。准确预测它们何时、如何形成、增强并威胁沿海人口的能力至关重要。

本文已根据飓风季结束的情况及NOAA关于2020年大西洋风暴的视频进行了更新。

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