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十年前卡特里娜飓风摧毁了新奥尔良的三周零三天,我的论文出现在科学杂志的自然中,表明北大西洋飓风的力量与飓风季节的热带大西洋的温度密切相关,并且在过去的30年左右的时间里,两者都在迅速增加。它将这些增加归因于自然气候振荡和全球变暖的结合。
如果没有发生卡特里娜飓风,本文和另一个独立团队只会为气候与飓风之间的关系缓慢积累的文献做出贡献。
相反,两篇论文启发了媒体大火,使流行的观点两极分化,并在某种程度上是科学家本身,即全球变暖是否以某种方式负责卡特里娜飓风。虽然大火大部分是破坏性的,但只能使媒体受益,但它在启发大气和气候科学家的一场努力的努力方面有一线希望,以了解飓风如何影响并受到气候的影响。
在随后的几年中,我们学到了很多东西。
海平面和暴风雨
一个明显的观点是,即使风暴的统计数据(例如最高风速)本身保持稳定,海平面缓慢上升会增加暴风雨引起的潮流的可能性。风暴潮与海啸的物理上相同,但受风和大气压力而不是摇晃的海底,它们通常到达风暴愤怒的山峰附近。
与卡特里娜飓风和桑迪一样,它们通常是飓风中最具破坏性的方面。如果桑迪在一个世纪前袭击了纽约,那么洪水将大大减少,因为海平面大约是低一个脚。随着海平面的提高,我们可以期望暴风雨造成更多毁灭性的沿海洪水。
一个NASA在五周年纪念日进行的卡特里娜飓风的追溯。
潜在强度
风暴本身呢?飓风是由热带海洋和大气之间的热力学不平衡驱动的巨型热发动机。这种不平衡驱动了从海洋到大气的强烈热量,这是温室效应的直接结果:热带气氛非常不透明,对红外辐射非常不透明,以至于海面无法通过将热量直接辐射到空间来极大地冷却。取而代之的是,它主要是由于水的蒸发而冷却的,与我们汗水在炎热的天气中冷却的机制相同。
为了维持这种蒸发,海洋和大气必须处于热力学不平衡状态。当我们在大气中添加温室气体时,这种热力学不平衡必须增加,以便通过蒸发进行冷却可以补偿直接红外冷却为太空的损失。
飓风加热发动机的理论对飓风风速占据了上限。称为“潜在强度”,它与该不平衡成正比。实际上,每项进行的研究可以追溯到1987年,随着我们的气候持续变暖,大多数地方的潜在强度都在增加。对于热带海面温度升高的每个度摄入度,平均趋势约为每小时10英里(MPH),每次加倍大气二氧化碳浓度升高约为20 mph。
100年的活动
每小时二十英里似乎并不多,但是经济学家和工程师告诉我们,风暴的伤害随风速迅速增加。
实际情况比最初嫌疑人可能更有趣。人类社会非常适合共同事件。在波士顿,50英里 /小时的风不会造成太大的伤害,因为它经常发生,并且基础设施非常适合它。但是70英里 /小时的风(稀有)将造成很大的伤害。
作为一个宽松的经验法则,社会平均每一代或两代人平均而适应了事件。在许多地方,这在建筑法规,保险合同和其他基于或坚持对100年活动的抵制的保单中进行了编纂;也就是说,每年概率为1%的事件。但是,为了降低成本,一种经过精心策划的结构可在100英里 /小时的100年中生存下来,可能会以110英里 /小时的速度失败。
台风海扬就是一个很好的例子。菲律宾经常受到5类台风的锤击,但是很少有人听到这些消息,因为它们很少会造成很大的伤害。在塔克洛班附近的该地区,这100年的风暴将登陆大约170英里 /小时的峰值风速。
但是海扬可能是有史以来最强烈的飓风或台风,在登陆时记录,风速高达190英里 /小时,伴随着惊人的风暴潮。在这种情况下,170 mph至190 mph的差异超过6,300人死亡几乎是彻底的破坏。这是事件开始超出世代经验时发生的事情。
理论和计算机模型表明,最强烈的飓风的发生率(最接近达到潜在强度的飓风)将随着气候温暖而增加,并且有一些迹象这正在发生。但是,这些最具破坏性的高级风暴仅构成了世界热带气旋的12%。绝大多数人造成的伤害很少,但发生的频率更高。
理论和大多数模型都预测,具有讽刺意味的是,随着气候的温暖,这种弱暴风雨的频率应下降。卫星数据还表明,风暴正以较高的纬度达到峰值,与理论和模型一致。这可能预示着一些深层热带地区的风险,但中纬度的风险增加。
通常,飓风形成区域和轨道的系统变化与风暴频率和强度的整体统计数据的变化一样,对我们来说也是如此。预计飓风降雨的大幅增长也驱动了飓风淡水洪水,这是暴风雨冲浪后这些风暴的第二个致命后果。
很少的时间适应
全球变暖发生得太快了,无法进行有效的人类适应。像上一个冰河时代一样,下一个冰河时代很可能会将一英里的冰放在纽约市的顶部,但是要花这么长时间才能发生,以至于我们大多数人甚至都不会注意到我们的集体适应。
相比之下,适应未来100年中预期的无数变化是一个可怕的前景,以至于聪明的人甚至在否认存在风险的存在的范围内反抗这个想法。这种顽强的顽固性,加上海平面上升,弥补了强烈的飓风的土地和增加的发病率,几乎保证了下一世纪新奥尔良将移动或被遗弃。
克里·伊曼纽尔(Kerry Emanuel)是大气科学教授马萨诸塞州理工学院。
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