Efecte Antropice asupra Activității Ciclon Tropicale

Sursă Originală: https://emanuel.mit.edu/anthropogenic-effects-tropical-cyclone-activity

Kerry Emanuel, revizuit în ianuarie, 2006

Partea I: întrebări frecvente

Partea a II-a: eseu

I. întrebări frecvente despre încălzirea globală și uragane

1.) î: încălzirea globală cauzează mai multe uragane?

A: nu. Frecvența globală, anuală a ciclonelor tropicale (termenul generic, meteorologic pentru furtuna care se numește furtună tropicală sau uragan în regiunea atlantică) este de aproximativ 90 ± 10. Nu există nici o indicație de un fel de tendință pe termen lung în acest număr.

2.) î: dar am observat că se pare că au fost multe uragane mai multe, incepand din jurul 1995.

A: probabil locuiți în America de Nord, America centrală sau Europa și vorbiți despre uragane în Atlanticul de Nord. (Este important să ne amintim că doar 11% din toate uraganele apar în Oceanul Atlantic, restul sunt în Pacific și Oceanul Indian.) A avut loc o mare creștere în frecvența uraganelor din Atlantic, începând cu 1995. Acest lucru corespunde unui ascensiunea în tropicale de nord Oceanul Atlantic temperatura suprafeței, care este foarte probabil un răspuns la creșterea gazelor cu efect de seră antropogenic. Este important de reținut faptul că la sfârșitul verii și la începutul anului toamna tropicale temperatura mării oceanului Atlantic urmărește îndeaproape emisfera nordică medie temperatura suprafeței (inclusiv teren), ceea ce face puțin probabil că fenomenele climatice regionale din Oceanul Atlantic sunt care afectează temperaturile mării tropicale (și, prin urmare, afectează uragane) la scară de timp de mai mult de câțiva ani. În special, nu există nici o dovadă pentru “cicluri naturale”, fie de activitate uragan Atlantic sau tropicale Oceanul Atlantic temperatura suprafeței.

3.) î: intensitatea uraganelor crește cu timpul?

A: există unele dovezi că este. Înregistrările de activitate uragan în întreaga lume arată o răsturna de viteza maximă a vântului în și durata de uragane. Energia eliberată de uraganul mediu (având în vedere din nou toate uraganele din întreaga lume) pare să fi crescut cu aproximativ 70% în ultimii 30 de ani sau cam așa ceva, corespunzând unei creșteri de 15% a vitezei maxime a vântului și unei creșteri de 60% a duratei de viață a furtunii.

4.) î: dar nu există o mulțime de erori în record uragan?

A: Da, există. Înregistrări fiabile ale vitezei vântului în uragane peste oceanul deschis merge înapoi doar la aproximativ 1950, atunci când de recunoaștere a aeronavelor de uragane a început peste Atlanticul de Nord și vestul Pacificului de Nord; înainte de aceasta, singurele măsurători bune ale vitezei vântului au fost făcute atunci când uraganele au făcut aterizări sau au trecut peste insule sau nave cu echipamente de măsurare. Din păcate, metodele de măsurare sau estimare a vitezei vântului de la aeronave au evoluat în timp, iar aceste schimbări nu au fost întotdeauna bine documentate. De la aproximativ 1980, există estimări ale vântului pentru toate uraganele la nivel global, bazate pe imagini din satelit, dar acestea nu sunt la fel de bune ca măsurătorile aeronavelor.

5.) î: atunci puteți determina tendințele cu astfel de date?

A: din fericire, mijloacele de estimare a presiunii suprafeței centrale în uragane au rămas destul de constante cu timpul. În practică, presiunea centrală este bine corelată cu viteza maximă a vântului și, prin urmare, poate fi utilizată pentru a detecta schimbările în modul în care vântul a fost estimat din presiuni. De asemenea, într-un eșantion suficient de mare de evenimente, vitezele vântului sunt bine corelate cu o cantitate de apel “intensitatea potențială”, care este o funcție a temperaturii atât a oceanului și a atmosferei. Avem înregistrări destul de bune ale informațiilor necesare pentru a calcula intensitatea potențială, și astfel se pot compara vitezele estimate ale vântului cu intensitate potențială estimată pentru eșantioane suficient de mari. Acesta este un alt control asupra calității estimărilor vântului. Chiar și în emisfera sudică, în cazul în care nu au existat niciodată observații de aeronave de uragane, estimările bazate pe satelit compara bine cu estimările de intensitate potențială.

6.) î: spui că înregistrările fiabile ale vitezei vântului uragan merge înapoi doar la aproximativ 1950, așa puteți spune că nu au existat furtuni chiar mai intense înainte de 1950? puteți afirma că ascensiunea în ultimii 50 de ani este o consecință a încălzirii globale?

A: nu putem spune cu siguranță. Ceea ce putem spune este că peste tot ne-am uitat, schimbarea consumului de energie uraganului urmează foarte îndeaproape schimbarea temperaturii suprafeței tropicale a mării. Atunci când temperatura suprafeței mării scade, consumul de energie cade, și invers, atunci când se ridică, la fel și consumul de energie. Ambele teorie și modele de intensitate uragan prezice că acest lucru ar trebui să fie atât de bine. În contrast cu record uragan, record de temperatura oceanului tropical este mai puțin predispuse la eroare și merge înapoi 150 ani sau cam asa. În plus, au fost dezvoltate metode geochimice pentru a deduce temperatura suprafeței mării din corali și din cojile lăsate în urmă de microorganisme care trăiesc în apropierea suprafeței; Acestea pot fi folosite pentru a estima temperatura suprafeței mării pentru ultimele mii de ani. Aceste înregistrări sugerează cu tărie că 0,5 grad Celsius (1 grad Fahrenheit) încălzirea oceanelor tropicale care le-am văzut în ultimii 50 ani este fără precedent pentru, probabil, atâta timp cât câteva mii de ani. Oamenii de stiinta care lucreaza la aceste inregistrari, prin urmare, cred că recenta creștere este antropogenic.

7.) î: acest lucru înseamnă că vedem mai multe daune provocate de uragan în SUA și în altă parte?

A: există o tendință uriașă ascendentă în daune uragan în SUA, dar toate sau aproape toate acestea se datorează creșterii populației de coastă și construirea în zonele predispuse la uragan. Atunci când această creștere a populației și a bogăției este contabilizată, nu există nici o tendință perceptibilă rămasă în datele de daune uraganului. Nici nu ne-am aștepta să vedem vreunul, în ciuda creșterii puterii globale a uraganelor. Motivul este o chestiune simplă de statistici: există mult prea puține alunecări uragan pentru a putea discerne orice tendință. Gândiți-vă că, până la Katrina, uraganul Andrew a fost cel mai Costliest uragan din istoria SUA. Dar a avut loc într-un an inactiv; au fost doar 7 uragane și furtuni tropicale. Date privind furtunile de aterizare din SUA este de numai aproximativ 2 zecimi de un procent din datele pe care le avem pe uragane globale peste întreaga lor viață. Astfel, în timp ce putem detecta deja tendințele în date pentru activitatea uraganului global, având în vedere întreaga viață a fiecărei furtuni, estimăm că ar dura cel puțin un alt 50 ani pentru a detecta orice tendință pe termen lung în SUA, care se încadrează în statisticile uraganelor, atât de puternic este rolul de șansă în aceste numere.

8.) am aduna de la această ultimă discuție că ar fi absurd pentru a atribui dezastrul Katrina la încălzirea globală?

A: Da, ar fi absurd.

9.) î: OK, poate că nu vom vedea efectele încălzirii globale în uragane de aterizare pentru un alt 50 ani sau cam asa, dar nu ar trebui să fim încă îngrijorat de asta?

Răspunsul la această întrebare este în mare parte o chestiune de orizonturi geografice și de timp. Pentru preocupările SUA-Centric în următorii 30-50 de ani, de departe cea mai importantă problemă cu uraganul cu care ne confruntăm este demografică și politică. Consideră că Katrina, oricât de oribilă ar fi fost, nu a fost deloc fără precedent, vorbind din punct de vedere meteorologic. Furtuni mai intense au lovit coasta Statelor Unite cu mult timp în urmă. Marea problemă este graba cu capul înainte la linii tropicale coastelor, cuplat cu politicile federale și de stat care subvenționa riscul suportat de dezvoltare de coastă. Asigurare de proprietate privată este puternic reglementată de fiecare stat, și presiunea politică menține ratele scăzute în regiuni cu risc ridicat ca linii de coastă tropicale, încurajând astfel oamenii să construiască structuri fragile acolo. (Cei care trăiesc în regiuni cu risc scăzut plătesc pentru acest lucru în prime artificial ridicat.) Federal de asigurare de inundații plătește pentru daune val de furtună, și ca de asigurări private, ratele sale nu reflectă riscul adevărat. Suntem subvenționarea comportamentului riscant și nu ar trebui să fie surprins de rezultat.

Pe de altă parte, în cazul în care o vedere nu este limitată la SUA, dar este global, și/sau un orizont de timp este mai mult de 50 de ani, încălzirea globală poate începe într-adevăr să aibă o influență perceptibil asupra daune uragan, mai ales atunci când cuplat cu creșteri proiectate în nivelul mării .

II. eseu

1. Introducere

Printre efectele mai consecință ale schimbărilor climatice la nivel mondial este o posibilă schimbare în activitatea ciclonă tropicală. Ne preocupă cel mai mult trei aspecte ale activității uraganelor: frecvența lor, intensitatea lor și distribuția lor geografică. Orice schimbare a frecvenței cu care uraganele lovesc terenurile populate este de o preocupare evidentă. Dar cantitatea de daune crește aproximativ ca cub de viteza maximă a vântului în furtuni, astfel încât, în practică, suntem îngrijorați mai mult cu furtuni intense. Dacă unele aspecte ale schimbărilor climatice ar duce la mai puține uragane, dar cele mai intense, ne-am putea aștepta la mai multe pierderi. Ne-ar fi, de asemenea, în cauză dacă schimbările climatice au fost de a provoca uragane să fie experimentat în părți ale lumii acum liber de la ei, sau de a înceta să fie experimentat în regiunile ei acum probleme. Din punct de vedere științific, aceste chestiuni sunt destul de separate. Factorii care controlează intensitatea uraganelor par a fi destul de diferiți de cei care guvernează frecvența lor de apariție, iar acest lucru se reflectă în observația că unele sezoane produc foarte puține furtuni, dar foarte intense. (Sezonul 1992 a avut câteva furtuni, dar a produs uraganul Andrew.)

Distribuția geografică a uraganelor peste un eșantion statistic mare este determinată de caracteristicile circulației pe scară largă a atmosferei și oceanelor care pot fi, în principiu, simulate de modele de circulație la nivel mondial.

O a patra caracteristică a uraganelor, dimensiunea lor geometrică, a primit mai puțină atenție. Diametrul ciclonii tropicali se situează pe aproape un factor de zece: cele mai mici furtuni observate pot fi plasate în întregime în ochii celui mai mare. O furtună a cărei dimensiune radială este de două ori mai mare decât un altul va provoca, probabil, la fel de mult ca de patru ori prejudiciul (toate celelalte lucruri fiind egale), deoarece pista de daune va fi de două ori mai largă și fiecare punct în interiorul acestuia va experimenta vânturi dăunătoare de două ori mai mult timp. Magnitudinea și suprafața acoperită de valurile oceanelor și valul de furtună va fi, de asemenea, mai mare. Katrina de 2005 este un exemplu sumbru de un uragan mare. Dar atât de puțin este acum cunoscut despre factorii care determina dimensiunea geometrică a furtunilor individuale că nu suntem capabili de a discuta problema aici. În secțiunile următoare, ne concentrăm în schimb pe factorii care afectează intensitatea, frecvența și distribuția geografică a uraganelor. Apoi prezentăm câteva dovezi empirice pentru schimbarea activității uraganelor. În cele din urmă, discutăm noi eforturi pentru a relaționează empiric activitatea ciclonă tropicală la climă prin reconstrucția activității furtunii trecute din recordul geologic.

2. intensitatea

Intensitatea unui uragan individual, măsurată convențional prin viteza maximă a vântului de suprafață sau presiunea minimă a suprafeței, este afectată în orice moment de o gamă largă și complexă de procese fizice care reglementează interacțiunea furtunii cu care stau la baza oceanului și cu mediul său atmosferic. Puțini dintre aceste procese sunt bine înțelese. Pentru o anumită temperatură oceanică și mediu termodinamic atmosferic, există o limită superioară a intensității pe care o poate atinge o furtună, dar foarte puține furtuni ating acest lucru legat în practică. (Pentru o discuție mai completă a teoriei de limitare a intensității, faceți clic aici.) Deși foarte puține furtuni efective își ating intensitatea de limitare, se dovedește că, atunci când se consideră un eșantion suficient de mare de evenimente, distribuția intensităților se scalează foarte bine cu intensitatea limitativă (denumită în continuare intensitatea potențială), după arată Emanuel (2000). Aceasta înseamnă că o schimbare procentuală a intensității potențiale implică faptul că, pe o mostră suficient de mare, intensitatea uraganelor ar trebui să se schimbe, în medie, cu același procent.

Există motive să fie preocupat de faptul că adăugarea antropogenă a gazelor cu efect de seră în atmosferă ar putea duce la o creștere a energiei disponibile pentru ciclonii tropicali și, prin urmare, la o creștere a intensității potențiale a acestora; Acestea sunt discutate într-o lucrare anterioară de către autor (Emanuel, 1987). Gazele cu efect de seră reduc cantitatea de radiații infraroșii care părăsesc suprafața pământului și, dacă nu există o scădere compensatoare a cantității de radiații solare care ating suprafața de nori (dar acest lucru este complicat, deoarece norii, de asemenea, capcana de ieșire în infraroșu radiații), oceanul trebuie să piardă excesul de căldură prin evaporarea crescută a apei de mare. Există doar două modalități de a realiza acest lucru: fie dezechilibru termodinamic între oceanele tropicale și atmosfera trebuie să crească sau viteza medie a vântului de suprafață trebuie să crească. Dacă îmbolnăvarea termodinamică crește, la fel și intensitatea potențială a uraganelor (cu excepția cazului în care eficiența termodinamică ar scădea, dar, de fapt, eficiența crește și atunci când gazele cu efect de seră sunt adăugate în atmosferă. Nu numai că temperatura de intrare (temperatura suprafeței mării) crește, din motivele indicate mai sus, dar temperatura de tropopauza scade, deoarece gazul suplimentar cu efect de seră la niveluri ridicate duce la o emisie mai eficientă de radiații infraroșii și, prin urmare, mai multă răcire).

În cazul în care viteza medie a vântului în apropierea suprafeței oceanelor tropicale nu se schimbă, teoria prezice că viteza vântului în uragan ar trebui să crească aproximativ 5% pentru fiecare creștere 1oC în temperatura oceanului tropical (Emanuel, 1987). Modelele de calculator confirmă această tendință, dar atribuie o magnitudine puțin mai mică a creșterii (Knutson și tuleya, 2004).

Există unele incertitudini, cu toate acestea, cu privire la amploarea creșterii intensității potențiale a uraganelor care însoțesc creșteri ale gazelor cu efect de seră antropogenic. Principala sursă de incertitudine care afectează calculele creșterii are de a face cu incertitudinile în estimarea încălzirii globale; Acestea au de a face cu procesele de feedback în sistemul climatic, în special cele care implică vapori de apă și nori.  feedback-ul principal în sistemul climatic: cantitatea de vapori de apă în atmosferă. Au fost conținutul de vapori de apă și de întunecare să rămână fixe, dublarea dioxid de carbon atmosferic ar produce o creștere a temperaturii de suprafață tropicală mare de numai aproximativ 0,5 C și o creștere abia perceptibil în intensitatea potențială a Ciclone tropicale. Cele mai multe simulări climatice model da creșteri mult mai mari decât acest lucru, datorită unei buclă de feedback pozitiv care implică creșterea vaporilor de apă atmosferică. Dar fizica proceselor de control al vaporilor de apă în atmosferă sunt prost înțelese și chiar mai slab reprezentate în modelele climatice, și ceea ce se întâmplă de fapt în atmosferă este în mare măsură necunoscut din cauza măsurătorilor săraci. Acum este recunoscut pe scară largă că îmbunătățirile în înțelegerea și estimarea climatice balama în mare măsură pe o mai bună înțelegere a proceselor de control de vapori de apă atmosferică și nori.

Printre factorii de mediu cunoscut pentru a afecta intensitatea uraganului este forfecare de vânt verticale. Aceasta este doar rata la care vântul orizontal de fundal variază cu altitudine. Chiar și magnitudini modeste de forfecare preveni perturbări slabe de la intensificarea și poate limita, de asemenea, intensitatea de furtuni mature. Forfecare verticală afectează dinamica furtunii în numeroase moduri, dintre care puțini sunt bine înțelese. Acesta acționează pentru a înclina circulația furtunii, eventual perturbarea fluxului de aer în, în sus și în afară prin ea. De asemenea, printr-o interacțiune dinamică complexă, acesta forțează un cuplet de mișcare sus-jos, călare pe centrul de furtună. Acest lucru determină, la rândul său, o distribuție asimetrică a norilor și a ploii și poate perturba, de asemenea, procesul esențial de transfer de căldură din ocean, care este deosebit de important sub peretele ochiului. În cele din urmă, forfecare verticală cauzează aer uscat din mediu pentru a pătrunde în interior mai aproape de miezul furtunii. Acest lucru poate duce la formarea de downdraft rece, uscat în eyewall, parțial sau complet compensarea umezirea critică a stratului de aer limita de ocean.

Nu toate interacțiunile dinamice ale ciclonelor tropicale cu mediul înconjurător sunt în detrimentul intensității furtunii. Meteorologii tropicali din 1940 au observat că interacțiunile dintre Cicloni și anumite caracteristici ale fluxului la altitudini foarte mari ar putea cauza intensificarea. Lucrările lui Bosart și Bartlo (1991) și ale lui Molinari et al. (1995) au reformat analizele acestor interacțiuni într-un cadru dinamic modern, ceea ce face ca fizica interacțiunii să fie oarecum mai clară. Din această lucrare reiese că, în circumstanțele potrivite, abordarea unei circulații ciclice de mare altitudine poate determina intensificarea ciclonului tropical existent sau a unui curs de dezvoltare. Există, de asemenea, mai multe exemple de puternice anomalii ciclonice la nivel înalt care să conducă la dezvoltarea de Cicloni de suprafață puternice, cu unele dintre caracteristicile furtunilor tropicale, chiar și peste apă ocean relativ rece. O astfel de furtună a avut loc peste Atlanticul de nord de vest, în octombrie, 1992, și a cauzat pagube extinse de coastă în nord-estul SUA

Interacțiunea uraganelor cu oceanul subiacent poate cauza o reducere substanțială a intensității furtunii. Acest lucru a fost acum bine documentat în studii de modelare (de exemplu, khain și ginis, 1991; Schade și Emanuel, 1999). Uraganele se amestecă cu apă rece până la suprafață, reducând cantitatea de căldură care curge în furtună. Amploarea efectului depinde de grosimea stratului cald de apă în partea de sus a oceanului, pe viteza de față a furtunii, și pe dimensiunea sa geometrică. Reducerile tipice de intensitate de la intensitatea potențială sunt pe ordinea de 30%.

În mod evident, există multe și diverse procese care afectează intensitatea de uragane individuale. Am dori să știm toate acestea afectează distribuțiile statistice ale intensității uraganelor într-un climat dat, dar acest lucru va necesita o înțelegere mult mai bună a dinamicii uraganelor decât în prezent. Un factor care limitează progresul este enorma cerere de calcul a simulării în trei dimensiuni întreaga gamă de scale și fizică care caracterizează ciclonii tropicali. Computerele sunt abia suficient de rapid pentru a simula interacțiunea unui uragan cu mediul său cu o rezoluție spațială suficientă pentru a simula Nori Cumulonimbus individuale, care sunt agenți reali de transport termic vertical în uragane. Dar ne putem aștepta la îmbunătățiri vaste în capacitatea calculatorului, în cazul în care trecutul recent este orice ghid.

3. frecvența

Foarte puține procese atmosferice sunt la fel de prost înțelese ca ciclogeneza tropicală. În ciuda anilor de studiu, rămâne în mare măsură o chestiune de presupuneri cu privire la dacă o anumită perturbare tropicală va deveni un uragan. Datorită în mare măsură la activitatea de Gray (de exemplu, Gray, 1988), știm acum condițiile atmosferice care trebuie să prevaleze pentru Geneza să apară, dar existența unor astfel de condiții, care nu sunt mai puțin frecvente în tropice, nu este în nici un caz o garanție a Genezei. Acesta a fost cunoscut de mai mulți ani că ciclonii tropicali nu apar spontan, la fel ca alte tipuri de furtuni, dar trebuie să fie literalmente declanșate de perturbări de origine independentă. Frecvența ciclogenezei tropicale este un produs al prevalenței condițiilor necesare ale lui Gray și frecvența tulburărilor de inițiere adecvate. Dar noi nu știm încă ce face un potențial de inițiere perturbări adecvate și un alt nepotrivit.

Unele evoluții recente oferă speranță, cu toate acestea, că am putea înțelege în curând Geneza suficient de bine pentru a putea prezice frecvența statistică a apariției ciclonului, având în vedere starea climei. O astfel de dezvoltare este detectarea de către Landsea și Gray (1992) a anumitor relații empirice puternice între activitatea uraganului Atlantic și alte semnale în sistemul climatic. Existența unor astfel de semnale oferă în mod clar indicii despre fizica Genezei, dar aceste indicii nu au fost încă dezravate. O altă dezvoltare provine de la unele lucrări recente cu modele de simulare uraganelor numerice și dintr-o serie de experimente de teren efectuate la începutul anilor 1990, în vestul și estul Pacificului tropical. Se pare că o condiție necesară și, probabil, suficient pentru Geneza este înființarea unui pilon de aer foarte umed, care se extinde prin întreaga adâncime a troposfera tropicale și este de aproximativ 50-100 mile lățime. (În mod normal, atmosfera tropicala este oarecum uscată în nivelurile de mijloc.) Furtuni care apoi se dezvoltă în cadrul acestui pilon umed nu produc downdraft uscat, rece, care caracterizează cele mai multe astfel de furtuni și care se opun tendinței de evaporare de la ocean pentru a umezi atmosfera. Aceste downdraft rece, uscate sunt conduse de evaporarea parțială a ploii care se încadrează, dar în cadrul pilonului umed, evaporarea este redusă și formarea downciornă este inhibat. Formarea acestor piloni umeziti pare a fi posibila printr-o serie de mecanisme diferite, inclusiv ridicarea stratului de limita tropicala intr-o perturbare tropicala, ar fi un val de est. Piloni umede, de asemenea, forma în mod natural în cadrul clusterelor tropicale nor, de mecanisme care nu au fost încă elucidat.

Problema de a prezice modul în care frecvența ciclon tropicale ar putea răspunde la schimbările climatice pot fi împărțite în două părți: estimarea modului în care prevalența condițiilor necesare Gray se va schimba, și estimarea modului în care frecvența și puterea de potențial inițierea perturbările se vor schimba. Considerații elementare sugerează că creșteri antropice în gazele cu efect de seră va reduce fostul și crește aceasta din urmă. Foarte pe scurt, puterea de circulații tropicale la scară foarte mare, ar fi musoni și vânturile comerciale sunt de așteptat să crească. (Deși gradientul de temperatură a suprafeței de la Polul la ecuator scade, Gradienții la altitudini mai mari cresc și, în plasă, crește rezistența circulațiilor directe termic.) În general, acest lucru ar fi însoțit de o creștere a forfecare a vântului vertical, în special în troposfera superioară (forfecare eoliană în troposfera inferioară de fapt scade). Acest lucru ar cântări în favoarea mai puține cazuri de ciclogeneza tropicală. Pe de altă parte, circulația mai viguroasă pe scară largă ar putea favoriza mai mult și mai puternic potențial de inițiere a perturbărilor, ar fi valurile de est. Acest lucru ar greutate în favoarea mai multe Ciclone tropicale. Astfel, problema este complexă, și raționamentul simplu produce rezultate ambiguu.

Grupul nostru de la MIT a actualizat recent abordarea indicelui Geneza lui Gray, folosind intensitate potențială, umiditate relativă, vorticitate la nivel scăzut, și forfecare eoliene profundă tropossferice ca predictori. Am dezvoltat un nou index, descris într-o pretipărire pentru a 26 -a conferință privind uraganele și meteorologia tropicală din 2004.Acest indexface o treabă bună prezicerea atât ciclul sezonier și distribuția geografică a uraganului Genesis.

Modelele globale de climă (GCMs) au fost utilizate de un număr de grupuri pentru a explora schimbările în activitatea ciclonă tropicală într-o lume dublă de CO2. Până în prezent, fiecare dintre aceste grupuri a examinat modificările în activitatea Ciclone tropicale produse în mod explicit de către modele. Această abordare este problematică, deoarece nici rezoluția spațială, nici fizica modelelor sunt suficiente pentru a simula ciclonii tropicali scrupulozitate. În timp ce fizica de furtuni model matur poate fi aproape de cea a uraganelor reale, este foarte puțin probabil ca Geneza, care experimente recente teren Arată să apară pe scale cât mai mici de 30 de mile, este imita la toate realist de către GCMS, a căror rezoluție spațială este mai mult ca 200 mile. Pentru ceea ce sunt în valoare de, GCMs produc rezultate contradictorii. Studiul haarsma et al. (1992), folosind GCM conduse de Oficiul meteorologic britanic, arată o creștere atât a intensității și frecvenței Ciclone tropicale, dar analiza de broccoli și Manabe (1990), folosind modelul Princeton/GFDL, arată ambiguă Rezultate, cu o creștere a activității Ciclone tropicale dacă feedbackul radiațiilor în cloud nu este inclus și o scădere a activității în alt mod.

Poate că o strategie mai bună ar fi de a utiliza GCMs pentru a evalua tendințele în indexul Geneza empirice descrise mai sus. Acest lucru ar eluda nevoia de a simula de fapt Geneza și ar fi în limitele a ceea ce modelele ar trebui să fie capabile.

Eu cred că o înțelegere aprofundată, pe bază fizică a ciclogenezei tropicale este o condiție prealabilă pentru dezvoltarea unei abilități de a se referi la frecvența ciclon tropicale la starea de climat. Studiile empirice sunt extrem de utile, dar nu pot duce la o înțelegere complet generală a problemei. Chiar și așa, trebuie admis faptul că astfel de studii sunt cu mult înainte de teorie și modelare, care trebuie să facă acum un efort pentru a prinde din urmă.

4. distribuția geografică

În climatul actual, uraganele se dezvoltă peste apele oceanului tropical a căror temperatură a suprafeței mării (SST) depășește aproximativ 26 ° C, dar, odată dezvoltate, acestea se pot deplasa considerabil în zonele respective. O concepție greșită des întâlnită despre ciclonii tropicali este aceea că zona delimitată de izotermul 26 C SST va crește, la fel și zona care se confruntă cu ciclogeneza tropicală. Regiunile predispuse la ciclogeneza tropicala sunt mai bine caracterizate ca locuri în care atmosfera este lent ascendent pe cele mai mari scale. Din moment ce atmosfera de mult este descendent ca ascendent, este greu de a schimba suprafața totală care se confruntă cu ascensiune. Astfel, nu există o bază mică pentru a crede că ar exista orice extindere substanțială sau contracție a zonei lumii predispuse la ciclogeneza tropicale. Acest lucru este suportat de simulările GCM efectuate de haarsma et al. (1992), care arată că în timp ce există o creștere substanțială în zona delimitată de camion cu izotermă SST 26 C este un mediu de CO2 dublu, nu există nici o creștere perceptibil în zona care se confruntă cu tropicale Cicloane.

Este de presupus, totuși, că schimbările în circulația pe scară largă a atmosferei ar crește sau scădea rata de circulație a Ciclone tropicale din regiunile lor Geneza și în latitudini mai mari. De asemenea, este probabil ca schimbările în circulația atmosferică și distribuția SST în cadrul tropice să fie asociate cu variații ale distribuției furtunilor și ale liniilor pe care le urmăresc, afectând astfel locațiile și frecvența debarcăirii.

5. dovezi empirice pentru cresterea activitatii Ciclone tropicale (și un răspuns la criticii săi)

Examinarea istoriei istorice a uraganelor din întreaga lume relevă faptul că o măsură de disipare a puterii tropicale Ciclone (proporțională cu cubul vitezei vântului de suprafață integrată pe durata de viață a fiecărei furtuni) a crescut foarte semnificativ în trecut 30-50 de ani. Această creștere este foarte corelată cu temperatura suprafeței tropicale a mării. Detaliile analizei sunt raportate în Emanuel (2005), disponibile aici cu informații suplimentare disponibile aici. Acest lucru implică faptul că activitatea globală ciclon tropical este de a răspunde într-un mod destul de mare la încălzirea globală.

O analiză de acest fel necesită un tratament foarte atent al datelor uraganelor istorice, deoarece metodele de estimare a vitezei vântului în uragane au evoluat de-a lungul anilor. Analiza în sine este discutată în unele detalii în cartea natura menționate mai sus și suplimentul său online. O mare parte din criticile care decurg din această lucrare se concentrează pe bună dreptate asupra tratamentului datelor. Iată câteva răspunsuri la unele dintre aceste critici, precum și o prezentare a unei analize suplimentare rafinate.

1. unele furtuni în anii 1950 și 1960 au fost neglijate în analiză.

Răspuns: nu este adevărat, toate furtunile în baza de date recunoscute pe plan internațional “Cea mai bună pistă” au fost utilizate. Acesta este unul dintre acele mituri care castiga valuta prin repetitie.

2. viteza vântului în furtuni înainte de 1970 au fost reduse ca parte a analizei; fără această corecție, nu există nici o indicație a unui semnal de încălzire globală.

Răspuns: Deși nu este de obicei declarat ca atare, acest comentariu se referă numai la furtuni Atlantic, care constituie doar 11% din toate Ciclonii tropicale. Dacă cineva trebuia să se bazeze doar pe recordul de uragan Atlantic și fără să ia în considerare corelația cu temperatura suprafeței mării, este îndoielnic că s-ar putea face orice legătură cu încălzirea globală, cu sau fără corectarea datelor. În ceea ce privește această corecție, acesta a fost bazat în întregime pe munca de Chris Landsea (Landsea, 1993). Chris și cu mine am vorbit despre acest lucru de atunci, și suntem amândoi de acord că corectarea a fost, probabil, un pic prea mare. De atunci am implementat o corecție diferită și mai mică. În plus față de compararea datelor eoliene la datele de presiune de suprafață (așa sa discutat în hârtie natura ), un alt test este de a compara histograme de intensitate furtuna, normalizat de intensitate potențială, înainte și după 1970. În principiu, forma histogramei trebuie să fie aproximativ invariantă în cadrul schimbărilor climatice. Cifra de mai jos compară histograma din Atlantic post-1970 cu histograme pe baza datelor de furtună pre-1970, necorrectate și nou corectate.

Noua corecție aduce în mod clar histograma pre-1970 într-o mai bună aliniere cu post-1970 histogramă.

3. au existat schimbări mari în modul în care vitezele vântului au fost măsurate în uraganele occidentale din nordul Pacificului.

Răspuns: adevărat, și acestea au fost contabilizate așa este descris în cartea natura , după ce a petrecut luni trece prin datele de aeronave brute și vorbind cu unele dintre persoanele responsabile pentru colectarea și analizarea acestor date. Corecția mea includea o analiză a trecerii de la aeronave pe baza estimării intensității prin satelit care a avut loc în 1987. Graficul de mai jos compară distribuții cumulative de frecvență de post-1973 vest nord Pacific date cu atât corectate și necorectată pre-1973 de date (merge înapoi la 1949). Acest lucru susține validitatea corecției, și este un alt indiciu care a raportat viteze eoliene devreme în înregistrare au fost mult prea mari.

4. în prezentarea graficelor, un filtru 1-2-1 a fost aplicat de două ori, dar cele două puncte de sfârșit la fiecare capăt al seriei au fost păstrate. Ar fi trebuit să fie omise. Acest lucru duce la o exagerare a tendinței ascendente în ultimii doi ani.

Răspuns: critica că punctele de final au fost păstrate în seria de timp filtrat este valabilă, și într-adevăr, tendința ascendentă în ultimii doi ani este exagerat în Oceanul Atlantic din cauza asta. În vestul Pacificului de Nord, cu toate acestea, tendința este subestimat, pentru că a existat o tendință descendentă în ultimii doi ani (2002-2003) utilizate în grafice. Vestul Pacificului de Nord are de trei ori mai multe furtuni ca Atlanticul de Nord. În ceea ce urmează, am omis cele două puncte la fiecare capăt al seriei de ori, așa este adecvat.

5. tendința a fost în scădere în alte bazine oceanice care nu au fost raportate în studiu.

Răspuns: tendința în ultimii ani a fost într-adevăr în jos în estul Pacificului de Nord și Oceanul Indian de Nord. Acesta din urmă, cu toate acestea, are un număr foarte mic de furtuni cu lungimi de furtună mici și contribuie în mod semnificativ la totalul global. Emisfera sudică, care ca Oceanul Indian, are doar Estimările vitezei vântului merge înapoi la aproximativ 1980; în acest timp, tendința în PDI este cu siguranță în sus. Graficul de mai jos arată PDI din Atlanticul de Nord, estul Pacificului de Nord, și vestul Pacificului de Nord combinat, cu noua corecție a datelor Atlanticului și cele două puncte finale omise de la fiecare capăt al seriei de timp. Ca și în hârtie natura, acest lucru este comparat cu temperatura tropicală a suprafeței mării de la Hadley Center.

Tendința ascendentă în ambele SST și PDI incepand din jurul 1975 este semnificativ. Graficul de mai jos arată că cele două serii de timp sunt corelate, cu un r2 de aproximativ 0,67. Având în cele mai active 2003-2005 sezoane din Oceanul Atlantic, și 2004 sezon în vestul Pacificului de Nord, cred că această tendință ascendentă continuă.

6. ați făcut tendința să arate mare și pozitivă prin începerea serii de timp la un minim relativ de activitate

Răspuns: nu este adevărat. Am ales 1949 ca punct de plecare pentru că a fost cel mai devreme an am considerat estimările aeronavelor de viteza vântului uragan de încredere, și pentru că nu există înregistrări fiabile în vestul Pacificului de Nord mult înainte de acest lucru. Avem câteva înregistrări în Atlantic înainte de 1949, totuși. Folosind aceste într-un calcul al PDI altfel identice cu cele prezentate în natura hârtie rezultatele în acest grafic de netăiat Atlantic PDI versus timp. Bara verticală neagră arată punctul de plecare pentru seriile de timp din hârtia Nature. Acest lucru arată că anul meu de început a fost un maxim relativ de activitate, conducând astfel, în cazul în care ceva, la o subestimare a tendinței pe termen lung.

7. după ce au fost contabilizate schimbări în populație și bogăție, nu există nici o tendință semnificativă în daune de la uragane de Landfalling SUA.

Răspuns: Da, și o analiză a vitezei vântului la debarcare de uragane americane, de asemenea, arată nici o tendință pe termen lung. Acest lucru nu este deloc surprinzător, pur și simplu pentru că există mult prea puține evenimente de Landfalling pentru a începe pentru a vedea orice tendințe. După sa menționat mai sus, datele de uragane care se încadrează în SUA este mai puțin de o zecime de un procent din datele pentru uragane globale peste întreaga lor viață. Putem testa pentru semnificație statistică într-un mod simplu. În primul rând, vom crea două mari de date artificiale uragan seturi unul cu un PDI corespunzătoare PDI medie care le-am observat în ultimii 50 ani, și un alt cu un PDI care este de aproximativ 75% mai mare. Apoi presupunem că distribuția se deplasează treptat de la primul la al doilea pe o perioadă de 50 de ani, presupunând 10 plus sau minus 3,7 de evenimente pe an. Facem acest lucru de multe, de multe ori, de fiecare dată luând o mostră aleatoare diferite de la distribuții. Rezultatul este că panta normalizată a PDI versus curba SST pentru întreg Atlanticul de Nord este. 69 cu o deviere standard de. 41, în timp ce panta reală (impusă aici) este 0,75. Astfel, cu unele marjă de eroare, putem detecta o tendință în Atlantic-Wide PDI. Dar, atunci când aceeași procedură se aplică doar la viteze eoliene la aterizare în SUA, rezultatul este o pantă de 2,77 cu o deviere standard de 12,67. Astfel, o dată ar putea obține aproape orice pantă; Există chiar și o probabilitate mare de o pantă negativă. Am concluziona că lipsa de o tendință ascendentă în normalizat SUA uragan daune nu contrazice, la toate constatarea că bazinul-Wide PDI este în creștere în mod semnificativ.

6. paleotempestologie

În ultimele decenii, mai multe eforturi au fost inițiate pentru a utiliza evidențe geologice pentru a cuantifica activitatea ciclonă tropicală merge înapoi până la sfârșitul ultimului episod glacial, aproximativ 10.000 de ani în urmă. Un astfel de efort, descris de Liu și Fearn (1993), se bazează pe record de activitate uragan în sedimente în partea de jos a lacuri de apă dulce aproape de țărm. Când uraganele de categoria 4 sau 5 trec peste astfel de lacuri, apa oceanică încalcă barele de nisip care separă lacurile de mare, lăsând un depozit de sedimente relativ grosiere în patul lacului. Nucleele de sedimente extrase din patul lacului dezvăluie straturi episodice de sedimente grosiere care pot fi apoi datate folosind tehnici de carbon 14. Cele mai recente dintre aceste straturi corespund exact cu cele mai cunoscute uragane istorice din categoriile 4 și 5. Până în prezent, această tehnică a fost aplicată numai folosind nuclee de sedimente de la Lacul Shelby în Alabama de coastă, Statele Unite ale Americii. Recordul stratigrafic relevă faptul că furtunile de categoria 4 sau 5 afectează Lacul Shelby la 3400, 2800, 2200, 1300 și 700 ani în urmă, implicând un interval de recurență de aproximativ 600 ani. Ciudat, nu există nici o indicație de categoria 4 sau 5 uragane în cazierul sedimente înainte de aproximativ 3400 de ani în urmă, sugerând că ar putea exista o schimbare în climatul regiunii la aproximativ acel moment. Continuarea lucrărilor grupului Liu la 4 site-uri suplimentare din jurul Golfului Mexic Arată că activitatea uraganului a fost deosebit de mare între aproximativ 1000 și aproximativ 3000 de ani în urmă.

Deși record pe termen lung de activitate intensă uragan la un moment dat pe malurile Golfului Mexic nu poate fi considerat suficient pentru a face deduceri despre relația dintre activitatea uraganului și climatice, tehnica ar putea fi aplicate la mai multe lângă malul lacului pentru a construi o climatologie mai amplă. Acest lucru se face de către mai multe grupuri, de exemplu, Jeff Donnelly la groapa de pădure Oceanografic instituție.

Ciclonii tropicali cauzează, de asemenea, curenți puternici care afectează sedimente în apa oceanului superficial. Evidențele acestor sedimente pot fi apoi datate și utilizate pentru a deduce din trecut activitatea ciclonă tropicală (Keen și Slingerland, 1993). Deși această tehnică nu a fost aplicată pe scară largă până în prezent, se pare că ar putea fi posibil să-l utilizați pentru a construi înregistrări foarte lungă perioadă de activitate ciclon tropicale.

O altă tehnică care a fost dezvoltată recent implică un aspect al precipitațiilor uraganelor care a primit o atenție relativ mică. În anii 1980, s-a descoperit că precipitațiile din ochii ciclonii tropicali au o concentrație relativ mică a izotopului oxigenului 18O în comparație cu precipitațiile tropicale normale (Lawrence și gedzelman, 1996). Acest lucru este, probabil, un rezultat al ratelor neobișnuit de mici de evaporare a ploii oculte, dat fiind mediul aproape saturate prin care ploaia cade. (Concentrații de evaporare18 de aniO în apa lichidă lăsată în urmă.) David Malmquist (comunicare personală, 1996) a arătat că raportul izotopilor de oxigen al precipitațiilor poate fi înregistrat în depozitele de carbonat în stalactite de peșteră, care pot fi apoi secționate și 14C datat. A efectuat analize ale stalactitelor din Bermuda. Există speranța că această tehnică poate fi aplicată la o varietate de depozite pentru a deduce înregistrări pe termen lung de activitate ciclon tropicale.

Domeniul paleotempestologiei este în copilărie, dar există speranța că acesta poate fi folosit pentru a împinge înapoi record de activitate ciclon tropicale bine în trecutul preistoric. Acest lucru poate oferi cea mai bună speranță pentru o deducere empirică despre relația dintre ciclonii tropicali și climă.

7. Rezumatul

Teoria Cyclones tropicale, în stadiul actual de dezvoltare, randamentele unele intuiții utile în relația dintre activitatea ciclon tropicale și climatice. Există o limită riguroasă superioară a intensității pe care uraganele o pot realiza, iar această limită poate fi ușor determinată de stări cunoscute ale atmosferei și oceanului. Considerații elementare arată că această limită crește cu cantitatea de gaze cu efect de seră în atmosferă, dar amploarea creșterii care ar rezulta din injectarea actuală a gazelor cu efect de seră antropogenic în atmosferă este necunoscută, din cauza incertitudini mari cu privire la feedback în sistemul climatic. În plus, foarte puține furtuni se apropie de intensitatea lor limitativă, iar procesele responsabile de menținerea intensităților furtunii sub valoarea lor limitativă sunt prost înțelese și nu sunt susceptibile de a fi bine simulate de GCMs prezent. Frecvența cu care se produc ciclonii tropicali este un produs al prevalenței condițiilor cunoscute necesare pentru formarea lor și frecvența și rezistența perturbărilor care au potențialul de a iniția ciclonii tropicali. Nici teoria de bază, nici simularea climatică numerică nu sunt suficient de avansate pentru a prezice se poate schimba frecvența ciclică tropicală cu schimbarea climatului, și ambele dau rezultate contradictorii cu privire la schimbarea frecvenței ciclon tropicale pe dublarea atmosferei. Nu există nici o bază fizică, cu toate acestea, pentru afirmații că suprafața totală predispuse la ciclogeneza tropicale ar crește. Noul domeniu de paleotempestologie implică utilizarea unei varietăți de tehnici pentru deducerea istoriei pe termen lung a activității uraganelor din cazierul geologic. Împingând record de Landfalling Cicloni tropicale bine înapoi în preistorie, poate chiar la ultima eră glaciară, poate fi cheia pentru înțelegerea dintr-un punct de vedere empiric relația dintre activitatea ciclon tropicale și climatice. Ar trebui să facem tot ce putem pentru a încuraja acest efort.

O examinare detaliată a înregistrărilor istorice ale uraganelor arată o tendință ascendentă pronunțată într-o măsură a puterii totale generate de uragan în ultimii 50 ani. Această tendință, și alte variații în indicele de disipare a puterii, sunt bine corelat cu tendința și variabilitatea în temperatura mării tropicale a suprafeței, a căror leagăn în sus în ultimii 30 de ani pare a fi fără precedent în ultimele câteva mii de ani. Acest lucru sugerează că tendința globală ascendentă în activitatea ciclonă tropicală este o consecință a încălzirii globale. Deși tendința ascendentă a activității uraganelor este semnificativă din punct de vedere statistic, datele globale pe care se bazează acest lucru sunt de aproximativ 500 de ori mai mari decât baza de date care acoperă furtunile care se încadrează în Statele Unite. Acest lucru este din urmă este mult prea mic pentru a detecta orice tendință rezonabilă pe termen lung în activitatea uraganului. Creșterea mare în sus în daune uraganului în SUA, este în mod clar din cauza confluenței de creștere rapidă a populației de coastă, cu un timp decadente ascensiunea în Atlantic de activitate uragan începe în 1995, cauzate în principal sau în întregime de climat natural cicluri de operare în regiunea Atlanticului de Nord.

Progresele ulterioare în confruntarea cu relația importantă dintre activitatea ciclonă tropicală și climă vor fi limitate, cu excepția cazului în care există progrese fundamentale în înțelegerea fizicii de bază a uraganelor. O limitare importantă pentru a face astfel de avansuri este de natură socială și politică: există remarcabil puțini oameni de știință care lucrează la această problemă (în comparație cu numerele de lucru pe, să zicem, cutremure, un fenomen de semnificație socială comparabilă). Aceasta este o chestiune complexă de istorie și de gusturi profesionale care ghidează oamenii de știință în alegerea lor de probleme de cercetare. Există un potențial de accelerare a progresului prin luarea de măsuri pentru a atrage mai mult interes științific pentru această problemă.

Referinţe

Bosart, L.F. și J.A. Bartlo, 1991: formarea furtunii tropicale într-un mediu baroclinic. Mon. WEA. Rev., 119, 1979-2013.

Broccoli, A.J. și S. Manabe, 1990: pot fi folosite modelele climatice existente pentru studierea schimbărilor antropice în climatul ciclon tropical? Pe Geophys. Res. lett. , 17 de ani, 1917-1920.

Emanuel, ã, 1987: dependența de intensitatea uraganului asupra climei. Natură326 de , 483-485.

Emanuel, K. A., 2000: o analiză statistică a intensității ciclon tropicale. Mon. WEA. Rev., 128, 1139-1152

Emanuel, K. A., 2005: creșterea distructivității ciclonii tropicali în ultimii 30 de ani. Natură436 de , 686-688

Gray, W. M. 1988: influențe de mediu pe ciclonii tropicali. Aust. Met. La mag.36 de , 127-139.

Haarsma, R.J., J.F.B. Mitchell și C.A. senior, 1992: tulburări tropicale într-un GCM. Clima Dyn.,8 de ani, 247-257.

Keen, T. R., și RL Slingerland, 1993: patru paturi furtună-eveniment și ciclonii tropicali care le-A produs: o retrospectivă numerică. J. sed. petro.63 de , 218

Khain, A., și I. ginis, 1991: răspunsul reciproc al unui ciclon tropical în mișcare și a oceanului. Cu Beitr. Phys. atmosph.64 de , 125-141.

Knutson, T. R. și R. E. Tuleya, 2004: impactul încălzirii induse de CO2 asupra intensității simulate a uraganelor și precipitațiilor: sensibilitate la alegerea modelului climatic și Parameterization convective.J. clima, 17, 3477-3495

Landsea, C.W., și W. M. Gray, 1992: Asociația puternică dintre precipitațiile din vestul regiunii Sahel și uraganele intense din Oceanul Atlantic. J. clima, 5, 435-453.

Landsea, C., 1993: o climatologie de intense (sau majore) uragane Atlantic. Mon. WEA. Rev., 121, 1703-1714

Lawrence, J.R. și S. D. Gedzelman, 1996: ratele scăzute de izotop stabile ale ploilor tropicale Ciclone. Pe Geophys. Res. let.23 de unități , 527

Liu, K-B, și M. L. Fearn, 1993: Lacul-sediment record de târziu de la Holocene uraganul activități din Alabama de coastă. Geologie21 de unități , 793-796.

Molinari, J., S. Skubis și D. Vollaro, 1995: influențe externe asupra intensității uraganelor. Partea a III-a: evoluția potențială a vorticității. J. ATMOS. Sci.52 de , 3593.

Schade, L. R. și K. A. Emanuel, 1999: efectul oceanului asupra intensității ciclonelor tropicale: rezultate dintr-o atmosferă cuplată simplă-model ocean. J. ATMOS. Sci.56 de , 642-651.