大西洋飓风季即将开始:预报员关注哪些关键信号与预测依据

A tropical storm seen over a farm.
Hurricanes live in the atmosphere, but they are fed by the ocean.Image: Unsplash/ Chaz McGregor
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  • 大西洋飓风季从6月1日开始。

  • 预报员已开始关注墨西哥湾与非洲之间的天气变化,以发现可能发展为飓风的热带风暴。

  • 暖水模式和高空风力条件有助于预报员预测飓风。

随着北半球夏季临近,预报员开始关注墨西哥湾与非洲之间每一次降雨天气。那里每一个逆时针旋转的风涡或每一团蓬松的云团,都有可能组织成危及生命的热带风暴。

约一半的热带风暴在过去二十年中形成后发展成了飓风,其中约一半又演变为我们所称的重大飓风,即沿海地区的毁灭性“巨兽”。如今,我们习惯于每年看到约16个热带风暴,不过这一数字逐年波动可能相当大。

有哪些预警信号表明,我们可能迎来像2020年那样(当时形成了30个热带风暴)的又一个创纪录飓风季,还是像2014年那样(仅形成8个)的较为平静的一季?

美国国家飓风中心本周将发布2021年的首份季节性预报。以下是预报员和科学家像我这样的所关注的一些要素。

热带风暴的持续风速为每小时39至73英里;Image: 美国国家飓风中心

热带风暴的起源地

飓风生存于大气之中,但其能量来源于海洋。首先,让我们再追溯到更上游,找出它们的来源。

如同农作物的生长,若有大量“种子”和有利的环境条件,飓风将数量众多、势力强劲。

热带风暴的“种子”是微小、几乎不具威胁的天气扰动。任何一天,你都能在热带地区发现它们的踪迹。在大西洋,有些起始于非洲上空的雷暴群,或非洲西海岸外佛得角群岛附近的云团。

这些“种子”绝大多数存活不过数日,但其中一些会被东风气流卷走,并在北纬约10至20度之间的热带大西洋上空“播种”。这是真正由海洋推动生长的区域。此后,正在发展的热带风暴受大气“引导气流”的带动向西和向北移动,从而避开赤道——那里对其进一步发展至关重要的地球自转效应过小,无法让它们继续发展。

种子越多,飓风季活跃的可能性就越大。

非洲近海的团团云块有可能发展成热带风暴。Image: NOAA

每年热带风暴“播种”的强度受多种因素影响,但预报员通常关注的是春季非洲季风的情况。

一旦这些“种子”从非洲海岸线或海洋其他地方升起的温暖上升气团中产生,关注点便转向能够推动或限制其发展为热带风暴和飓风的环境条件。

温暖海水助推飓风

一般而言,热带风暴在海表温度达到80华氏度(26.7摄氏度)或更高的温暖水域中。这就是为什么飓风在6月1日之前十分罕见,并且最可能出现在8月至10月海水最温暖的时期。

热带风暴的主要能量来源是热能,即上层海洋中顶部约100英尺(30米)左右的水层。

2018年,温暖的海水助推飓风“迈克尔”发展成为一场巨大且具有破坏性的风暴。Image: NASA地球观测站

不过,这不仅仅取决于表面温度。极强飓风发展的一个主要因素,是温暖海水延伸的深度,以及温暖水层与下方冷水之间的分隔程度。这是因为飓风在移动过程中会搅动海洋。

如果温暖水层较浅且容易混合,只需少量搅动就能用下方的冷水稀释表层的热能,使飓风可获得的能量减少。但如果温暖海水延伸得更深,风暴便有更多的能量可以汲取。

飓风移动时会搅动海水,并在温暖的表层海水中留下较冷的尾迹。Image: Karnauskas, Zhang, and Emanuel 2021

高空风的影响

某一地区已经存在的盛行风,也能决定风暴的成败。

风在不同高度以不同速度吹动,这也是飞机遭遇颠簸的原因之一。盛行风在风暴顶部比底部快多少,这种差异被称为风切变。风切变过大时,风暴便难以维持那些高耸的热空气上升柱。

同样,如果上升气流无法足够迅速地向外逸散和流动,风暴所消耗的能量便无法排出,“引擎”就会窒息。两者都可能阻止风暴形成组织结构,并限制其增长或导致其消散。

厄尔尼诺及其反相位现象拉尼娜如何影响飓风。Image: NOAA Climate.gov

一个重要的关于未来风切变的线索,在大西洋地区,它来自数千英里之外的赤道太平洋的事件。

当东太平洋海水异常温暖时,即所谓的厄尔尼诺现象,全球大气会被重新调整,以增加大西洋上空风切变的方式发生变化。这往往会抑制该地区的热带风暴,但不要把赌注全部押在这上面。气候系统中的其他缓慢变化也会影响环境条件,包括北大西洋海表温度多年偏高或偏低于正常水平的时期。

厄尔尼诺的反相位现象拉尼娜往往带来较低的风切变,有利于更多热带风暴形成。目前这些条件接近中性,预报员正密切关注其后续发展。

关注重点

因此,如果您关注2021年大西洋飓风的早期迹象,请留意非洲季风是否促成风暴“播种”、热带大西洋海温是否提供能量,以及可能出现的晚发拉尼娜现象,即风切变较小,不易撕裂风暴。美国国家飓风中心——与其他众多预报机构(来自政府、学术界和产业界)在其季节预报中分析这些及其他因素。

美国国家飓风中心二十年的风暴路径数据显示出一定规律。Image: Nilfanion

更广阔的视角

热带风暴的总数只能说明部分情况。随着时间推移,还有其他重要方面值得关注,例如风暴的强度变化、持续时间,移动速度以及登陆后需要多长时间才会消散。近期研究表明,自工业革命以来,为飓风提供能量的海洋温度呈现持续升高的趋势,在美国东海岸尤为明显。

沿海社区已经处于气候变化的前线,海平面上升首当其冲。热带风暴等极端事件可能发生的变化,及其与大气和海洋之间复杂的相互作用,正是飓风日益成为一项首要研究重点。

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