極端天氣事件或將日益頻繁

罕見天氣事件如今年1月襲擊美國東北部的「炸彈旋風」正在變得更加頻繁。

圖片來源：Scott Eisen/Getty

2017年9月8日，Thomas Wahl到達英國倫敦蓋特威克機場登機，他乘坐的那趟飛往美國佛羅里達州奧蘭多的航班幾乎是空倉。作為佛羅里達中央大學的一名海岸工程師，Wahl知道他的家鄉正在經歷什麼：5級颶風艾爾瑪，這場颶風已經襲擊了加勒比海大部分地區。無論如何，他還是登上了飛機。他說：「只有我、飛行員和一些不在乎的迪士尼遊客乘坐那趟航班。」

艾爾瑪帶來的強降雨和強風導致佛羅里達數十人死亡。Wahl在他的一居室公寓里度過了這場風暴，這次經歷是一個難得的機會，讓他親眼目睹了長期以來一直擔心的一種現象：極端海平面——當風暴潮、漲潮和海浪結合時會發生的情況。

極端海平面事件會使洪水淹沒海岸柵欄、家園以及重要基礎設施。這些情況已經發生了。例如，路易斯安那州新奧爾良和周邊地區仍在從2005年卡特里娜颶風造成的1000多億美元的損失中恢復，而在佛羅里達州傑克遜維爾市，艾爾瑪颶風淹沒了兩米以下的部分城市地區，導致居民被困住，橋樑以及城市國際機場被關閉。

在全球範圍內，隨著冰川和冰蓋融化以及變暖海水的擴張，平均海平面每年上升3毫米出頭。研究人員通常聚焦了解海平面上升的原因和速度。但不斷膨脹的海平面也會影響到極端海平面，並帶來毀滅性影響。在未來幾十年里，百年一遇的洪水可能會每一到兩年就發生一次。在整個歐洲，沿海洪災的成本到2100年可能會上升超過20倍。在一些地區，百年一遇洪水的強度或將變得更加嚴峻。

Wahl和一些同事表示，需要更多科學家關注這些災難性事件的變化，以及它們如何影響生活在海岸附近的人們。通過梳理歷史記錄和使用模型估計風險，Wahl和其他人在預測此類事件的危險方面已取得長足進步。

梳理記錄

1978年2月6日，一場歷史性暴風雪降臨新英格蘭。大雪讓司機被困住。漲潮加上風暴潮讓沿海房屋像玩偶之家一樣被摧毀。據報道災難導致54人死亡，數千棟建築被毀。

波士頓港的官方潮汐測量記錄顯示，水位在12小時內上升了大約1米（不計算潮汐在內），達到當地史上最高水位之一。這只是世界各地測量儀器收集到的眾多記錄中的一個，它捕捉到了每天潮水的漲落，以及受風暴驅動的巨浪。

2009年，由利物浦國家海洋研究中心的Philip Woodworth領導的研究小組決定將儘可能多的記錄整合到一個定製的全球資料庫中。該小組關注至少每小時進行一次的測量，這樣的頻率足以準確捕捉到迅速變化風暴中的高水位標誌。

這個被稱為全球極端海平面分析（GESLA）項目的資料庫已成為分析極端海平面如何隨時間變化的主要資源。它表明自1970年以來，世界各地極端海平面的規模和頻率都在增加。例如，在一些地方，構成50年一遇洪水事件的降雨量每10年增加了10厘米以上。在2016年更新後，GESLA現包含世界各地的1355條記錄，超過39 000個站—年期（站點數量乘以記錄長度）。其中，大多數數據來自20世紀後半葉。

大部分責任來自於平均海平面的上升。隨著海洋相對海岸線越來越高，未來的風暴潮會更容易達到創紀錄的高水位。其他因素也影響著極端海平面。長期大氣環流模式也在發揮作用；例如，強厄爾尼諾現象會影響水量，從而增加美國西海岸的高海平面的可能性，並使其在熱帶西太平洋地區減少。陸地和海洋相對高度的變化也很重要；自從上個冰河時代末期冰川嚴重消失以來，斯堪的納維亞半島大部分海岸都在緩慢上升。在南亞，恆河—布拉馬普特拉三角洲正在下沉，因其沉積物變得緊湊。

時間回溯

研究人員還發現了一些有助於了解距離現在更近的洪水的極端事件。例如，他們發現1909年的一場風暴導致了與1978年的暴風雪一樣多的洪水。「檔案研究表明，1978年的事件其實並非那麼反常。」俄勒岡州波特蘭州立大學海洋學家Stefan Talke說。

但這兩個高水位標記均被今年1月份波士頓的「炸彈旋風」超越，該事件從海平面積蓄能量，造成海堤破壞，將冰冷的海水倒灌入居民區。不久前，另一場強大的冬季風暴在波士頓地區造成了接近記錄水平的洪水，而且就發生在上次打破記錄兩個月之後。

Talke與其他科學家以及美國陸軍工程兵團（負責聯邦海岸工程）等機構的官員分享了他的發現。他希望，通過了解長期趨勢，社會上能夠更好地就適應未來高水位做出決策。

一旦掌握了過去極端事件的數據，研究人員有幾種方法來預測極端事件發生的頻率。最簡單的方法是使用一種叫作康拜爾分布（或稱極值Ⅰ型分布）的方式。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）最近的關於海平面上升的報告中就使用了該方法，以計算在各種溫室氣體排放情況下，洪水會再次發生的頻率。但Wahl認為，這相對簡單，但在捕捉極端事件方面做得並不充分。

紐約市諮詢公司ICF國際的氣候變化專員Maya Buchanan和同事最近採用了一種不同的方法，即廣義的帕累托分布，將所有每小時水位觀測數據合併到超過99百分位以上。這意味著更多的數據點，因此隨著時間發展會獲得相關變化更準確的描述。該小組研究了NOAA所有潮汐測量記錄，這些記錄可追溯到至少30年前，然後將這些數據與海平面上升的分析相結合，以預測洪水在不同地點發生的頻率，以及洪水會有多大。

本質內容很簡單。「洪水將會變得更加頻繁。」Buchanan說。但分析也顯示，美國周邊地區的海岸將會有不同的表現。在諸如紐約和南卡羅萊納州查爾斯頓等東部城市，一些小洪水會變得更加頻繁。相比之下，諸如華盛頓州西雅圖和加州聖地亞哥等的西部城市會出現由極端天氣帶來的更頻繁的洪水。由於西部普遍有更陡峭的海岸斜坡，這些斜坡往往會保護居民。但不斷上升的海平面正在為超越這些保護屏障提供動力。

不同地區之間的差異顯而易見。例如，如果查爾斯頓海平面上升了半米，那麼今天的百年一遇的洪水可能會達到16倍。而在西雅圖，這一比率上升到335倍，使其可能成為每4個月發生一次的事件。

預測難題

由於溫室氣體排放升高情況存在不確定性，對極端洪水的預測也模稜兩可。在首次預測極端海平面如何影響歐洲海岸時，研究人員去年計算得出，百年一遇洪水的降雨量到2100年可能會增加57~81厘米。但這是整個歐洲的平均值。在北海地區，伴隨著較高的排放率，極端海平面可能會上升近1米。葡萄牙海岸和卡迪茲海灣實際上可能會看到極端海平面的下降，這在一定程度上是由於驅動風暴潮和海浪的極端風的減弱。

進行這項分析的團隊、由義大利 伊斯普拉歐洲聯合研究中心海洋學家Michalis Vousdoukas領導的研究組，已經將注意力轉向計算經濟影響。去年12月，Vousdoukas在新奧爾良舉行的美國地球物理聯盟會報告稱，河流洪水造成的損失到2100年將從占歐洲國內生產總值的0.04%上升到0.1%。但沿海洪水造成的損失將從目前的0.01%上升到0.29%~0.86%之間。他說：「沿海洪水成為未來最重要的自然災害之一。」

Wahl說，了解情況會有多糟糕，極端海平面會有多極端，將是這一研究的主要組成部分。「我認為根據我們所知道的已經可以提出建議。」

Wahl說，現在開始行動至關重要，因為適應可能需要一段時間。例如，倫敦附近的泰晤士洪水堰幫助防止洪水泛濫，但從1953年毀滅性洪水發生後提出概念開始到1982年開始運作，其間經歷了數十年。Wahl說，社會不能等那麼久才開始為極端海平面的影響做準備。「我們現在需要做出一些決定。」（馮維維編譯）

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