海洋变暖使2020年大西洋飓风“极端”降雨量增加10%

A satellite image shows Hurricane Larry in the Atlantic Ocean, moving north towards the Canadian Atlantic province of Newfoundland and Labrador.
The Atlantic hurricane season was the most active on record in 2020.Image: via REUTERS
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  • 大西洋飓风季从6月1日持续至11月30日,2020年是有记录以来最活跃的一年。

  • 这段时间共有30场风暴获得命名。

  • 研究人员发现,1850年至2020年间,气候变化使海表温度上升了0.6C。

  • 他们表示,这些额外能量使该地区的风暴“增强”。

2020年大西洋飓风季是有记录以来最活跃的一年,共出现前所未有的30场命名风暴。这项归因研究发表于《自然·通讯》,考察了气候变化对该季北大西洋极端降雨的影响。

研究发现,1850年至2020年间,气候变化使北大西洋海表温度上升了0.6C。作者得出结论,这些额外能量使该地区的风暴“增强”,推动“极端”降雨量增加约10%。

“这不是一个要等到世纪末才需要担心的问题。我们现在就必须为这些风暴的变化做好海岸防护准备。”该研究的主要作者告诉Carbon Brief。

此外,一项快速归因研究分析了2022年初六周内袭击马达加斯加、马拉维和莫桑比克的一系列热带风暴和气旋。这些风暴造成大范围洪灾,影响了逾百万人。

研究人员发现,气候变化使这些事件期间的降雨更加极端。不过,作者强调,他们无法量化气候变化的确切影响,部分原因是受影响国家缺少历史降雨数据。

飓风季

大西洋飓风季从6月1日持续至11月30日,2020年是有记录以来最活跃的一年。当季共有30场风暴强到足以获得命名,其中近半数增强为“飓风”,持续风速超过每小时74英里。

新形成的气旋通常向西横越大西洋,从海洋获取能量,规模和强度随之增大。许多气旋在美国和加勒比地区登陆,引发风暴潮,对海岸线造成严重破坏,之后转向北方并逐渐消散。

总体而言,2020年大西洋飓风季形成的热带气旋至少造成417人死亡,损失超过510亿美元,使该季成为有记录以来损失第六严重的飓风季。

下图显示了2020年飓风季北大西洋飓风的观测路径。由线条连接的一系列点表示单场飓风的路径。图中还显示了该飓风季海表温度的观测平均值,红色越深表示温度越高。

2020年6月1日至11月30日期间北大西洋的观测飓风路径(黑线)和海表温度(红色与橙色阴影)。Image: Reed等(2022)

研究称:“正如预期,许多风暴出现在热带北大西洋的暖洋面上,该地区飓风季的平均海表温度超过27C。”

变暖的指纹

归因研究是气候科学中一个迅速发展的领域,旨在识别全球变暖在全球天气中的“指纹”,尤其是热浪、干旱和风暴等极端事件。

近年来,科学家开展了许多研究,评估气候变化对单个飓风的影响。不过,来自纽约苏珊娜·卡马戈教授所在的哥伦比亚大学(她未参与这项研究)告诉Carbon Brief,这是首项考察整个大西洋飓风季的归因研究。

开展归因研究时,科学家会使用模型,将现实世界与一个没有人为导致的气候变化的“反事实”世界进行比较。

这项研究的作者使用社区地球系统模型(CESM)进行了一系列“回报试验”,以确定气候变化对2020年飓风季大西洋海洋温度的影响。

凯文·里德博士解释,回报试验“本质上是一种预报,但不是向未来推演,而是回到过去,从之前的状态[开始]”。他是纽约石溪大学副教授,也是该研究的主要作者,并向Carbon Brief作了上述介绍。(合并字段)

通过比较反事实和现实世界的回报试验,作者发现,自1850年以来,北大西洋已升温0.6C。下图依据CESM模型显示1920年至2020年间北大西洋(虚线)和全球平均气温(实线)的变化。

基于CESM模型模拟的1920年至2020年全球(实线)和北大西洋(虚线)变暖情况。Image: Reed等(2022)。

研究发现,2020年北大西洋海盆各地的温度比工业化前高0.4-0.9C。下图显示2020年与1850年相比全球海洋温度的变化。红色阴影表示2020年比1850年更暖的区域。

基于CESM模型模拟的2020年北大西洋温度异常(与1850年数值相比)。Image: Reed等(2022)。

大气每升温一度,空气就能够多容纳7%的水汽,这一关系由克劳修斯-克拉佩龙方程描述。里德告诉Carbon Brief,大气能够容纳更多水汽时,风暴期间也能“释放”更多水汽,因此降雨会更强。

作者针对2020年飓风季的每三天运行一次模拟,分离出由风暴造成的降雨,并排除了飓风季期间的其他降雨。

论文称,结果显示气候变化使2020年北大西洋飓风季风暴的平均降雨量略有增加,但对“极端”降雨造成了更明显的变化。

“极端”降雨

该研究关注两项极端降雨指标。极端三小时降雨量指三小时内降雨最强的1%。极端三日累计降雨量则指三天内测得的降雨最强的1%。两者均以英寸计。

研究得出结论,对于最低风速达到每小时40英里的热带风暴,气候变化使极端三小时风暴降雨率和极端三日累计降雨量分别增加10%和5%。对于风速超过每小时74英里的飓风级风暴,这两项增幅分别升至11%和8%。

里德告诉Carbon Brief,这表明“在强度更大的风暴中,气候变化信号更强”。他补充说:

“这不是一个要等到世纪末才需要担心的问题。我们现在就必须为这些风暴的变化做好海岸防护准备。”

汤姆·克努森博士是新泽西州地球物理流体动力学实验室的高级科学家,未参与这项研究。他告诉Carbon Brief,这项研究“增添了科学证据,表明这种变化很可能已经开始”。

克努森说,飓风降雨增强的速度超过克劳修斯-克拉佩龙关系所预测的每升温一度增加7%,这一点“很有意思”。他补充说:

“以往一些研究认为,这种更高的增幅部分是因为气候变暖时飓风风力增强。”

蒋海燕教授是佛罗里达国际大学地球与环境学教授,她也未参与这项研究。她告诉Carbon Brief,研究结果“与当前理论认识一致,即气候变暖会导致飓风降雨量增加”。

研究结果与她自己的研究相当吻合;她补充说,该研究发现,过去20年热带气旋降雨量每年增加1.3%。

不过,她提醒读者“保持谨慎”,因为该研究完全依靠模型确定2020年的降雨量,没有使用任何观测数据作为“地面实测依据”进行验证。

另外,一项独立研究(PDF)发现,大西洋出现“极其活跃的热带气旋季”的可能性如今是20世纪80年代的两倍。作者将这一增长归因于海洋变暖。

马达加斯加、马拉维和莫桑比克

与此同时,另一支科学家团队针对今年早些时候袭击非洲东南部的一系列风暴开展了快速归因研究。

(研究结果尚未在经过同行评审的期刊上发表。不过,世界天气归因团队在分析中采用的方法,已发表于以往的归因研究。)

这些风暴包括三场气旋,在2022年初仅六周内袭击了马达加斯加、马拉维和莫桑比克。下图显示其中两场风暴的三日累计降雨量:热带风暴安娜(左)和热带气旋巴齐莱(右)。蓝色越深表示降雨量越大。

ERA5再分析数据中热带风暴安娜(左)和热带气旋巴齐莱(右)的三日累计降雨量[毫米/日]。红框标示了莫桑比克和马拉维评估所用的区域。Image: 世界天气归因(2022)。

研究发现,安娜风暴属于“极端”事件,在当今气候条件下大约每50年发生一次。作者称,仅在莫桑比克,安娜风暴就摧毁了逾7,700所房屋,淹没了超过37,00公顷农田。与此同时,马达加斯加估计有500,000人受到风暴影响。

作者发现,巴齐莱风暴较为常见,属于大约每两年发生一次的事件。尽管如此,在马达加斯加,巴齐莱造成的死亡人数远高于安娜风暴。作者在新闻发布会上强调,接连不断的风暴让社区几乎没有喘息机会,使其面对每一场新风暴时都愈发脆弱。

研究得出结论,气候变化可能加重了这些热带风暴期间的降雨。不过,作者无法确定气候变化的确切影响。

伊齐丁·平托博士是来自莫桑比克的气候科学家,参与了这项快速归因研究。他在新闻发布会上告诉记者,受影响国家观测数据稀缺,限制了分析范围。

例如,他解释说,莫桑比克的23个气象站中,只有4个站点的数据足以用于这项研究,部分原因是该国许多气象站在一场长期内战期间遭到损毁。研究还指出,马达加斯加和马拉维没有气象站拥有适用于这项研究的数据。

平托告诉记者:“如果我们有足够的气象站数据,就能有足够把握地说,‘气候变化对这一特定事件造成了多大影响’。”

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