電腦模擬發現，氣候變化使颶風更加猛烈

美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的氣候科學家們進行的新超級電腦模擬顯示，氣候變化使最近颶風卡特裡娜、厄瑪和瑪麗亞的降雨量增加了5%到10%。他們進一步發現，如果這些颶風發生在一個比現在更溫暖的未來世界，這些風暴將會有更多的降雨和更強的風。

這項名為“對主要熱帶氣旋事件的人為影響”的研究將於11月15日在《自然》雜誌上發表。為了得出結論，伯克利實驗室的研究人員模擬了15個歷史上的熱帶氣旋，即大西洋地區的颶風，並在過去和未來的各種氣候情景中對其進行了模擬。這項研究的目的是研究由人類活動引起的氣候變暖如何影響這些風暴，並可能在未來影響類似的風暴。

“我們已經開始看到影響熱帶氣旋降水的人為因素，”伯克利實驗室Patricola說。“我們的模擬強烈地表明，隨著時間的推移，我們可以期待看到更大的降雨量增長。”Patricola選擇了過去十年在全球範圍內發生的15個熱帶氣旋(包括大西洋、太平洋和印度洋)，並對這些風暴在不同情況下的高分辨率氣候模擬進行了研究，這些情況包括空氣和海洋溫度、濕度和溫室氣體濃度等不同因素。她說:“單憑觀測很難解釋氣候變化可能如何影響熱帶氣旋，因為衛星時代之前的記錄並不完整，而且熱帶氣旋的自然變異性很大。”

她將這項研究分為兩部分，一部分是分析迄今為止氣候變化的影響，另一部分是展望未來，了解不同程度的全球變暖如何改變熱帶氣旋強度和降雨量。她發現，氣候變暖已經使降雨量增加了5%到10%，但到目前為止，該研究中考慮的颶風的風速並沒有受到明顯影響。然而，如果氣候繼續變暖，最高風速可能增加25節，即每小時29英裡。

研究人員使用了伯克利實驗室(Berkeley Lab)計算研究室的極端氣象專家韋納(Wehner)所稱的後投歸因方法，他將其描述為與預測相同的方法，只是這個事件已經發生了，“所以你可能有更多的資訊可以使用”。Wehner和Patricola去年用同樣的方法分析了2013年科羅拉多州的一場嚴重風暴，這場風暴造成了創紀錄的洪水。“事後，你當然可以更好地運用你的專家判斷，”他說。“所以你在世界上模擬了這個事件，然後在一個世界裡模擬了一場反事實的風暴，如果不是人類改變了氣候系統的話，這個世界可能會變成這樣。”例如，通過在前工業化氣候和當前條件下對卡特裡娜颶風進行建模，並利用結果之間的差異，研究人員可以確定什麽可以歸因於人為變暖。然而，這項研究的設計並沒有讓研究人員去研究颶風是否會變得更加頻繁，或者它們是否會以不同的方式移動，比如哈維颶風在休斯頓停留了幾天。Wehner還警告說，隻使用了一種氣候模型(由美國國家大氣研究中心開發的氣象研究和預報模型)，當結果被複製到其他模型中時，信心會增加。

除了工業化前的情景外，Patricola和Wehner還模擬了未來三種氣候情景中發生的熱帶氣旋，即RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5，每一種都代表溫室氣體排放量的增加和全球變暖。自20世紀初以來，全球表面平均溫度上升了約1攝氏度;在RCP8.5這種最極端的情況下，預計氣溫還會再上升3至4度。他們發現未來的降雨可能會增加15%到35%。風速增加了25節，儘管大多數颶風增加了10到15節。帕特裡科拉說:“事實上，幾乎所有15個熱帶氣旋的反應都是類似的，這讓人們對結果充滿信心。”另一個有趣的發現是，風暴的結構可能會發生變化，在颶風中心的降雨強度更大，但在外圍強度較小。“在一個更溫暖的世界裡，風暴的內部正在從風暴的外部吸收水分，”Wehner說。

目前最先進的長期氣候模擬正在接近25公里以上的分辨率，可以廣泛地代表熱帶氣旋。然而，重要的精細尺度特徵，如雲團，只能在該尺度上近似，對氣候預測的影響未知。這促使伯克利實驗室團隊在4.5公里的分辨率下進行模擬，這樣就可以對雲團進行一些表示。他們發現更精細的太空尺度並沒有改變他們結論的定性方面。帕特裡科拉說:“我們發現，氣候變化對卡特裡娜颶風風力和降雨量的影響，與模型分辨率在3公里到25公里之間無關。”“這是個好消息，因為它表明，我們可以對全球氣候模型的預測更有信心，分辨率至少為25公里，而這種分辨率正變得越來越普遍。”

在五種氣候情況下模擬了15個颶風，每次重複10次，研究人員在伯克利實驗室國家能源研究科學計算中心的Cori超級電腦上使用了數百萬小時的計算時間。“NERSC對於完成這項研究至關重要，”Patricola說。一些研究關注的是個別風暴如何因氣候變化而改變。這項研究最重要的一點是，我們能夠對15場風暴使用相同的氣候模型和方法，這讓我們能夠評估結果有多穩健，這是以前從未做過的。

Patricola強調使用觀測和氣候模型來理解氣候系統的重要性。包括伯克利實驗室(Berkeley Lab)去年發表在《地球物理研究快報》(Geophysical Research Letters)在內的幾項研究發現，基於觀察數據的統計分析，氣候變化增加了哈維颶風(Hurricane Harvey)的降雨量。“如果兩種方法都能達成一致，我們就能對結果更有信心，”她說。科學家們一致認為，全球變暖將導致熱帶氣旋帶來的降雨量增加。剩下的一個不確定因素是有多少。