预测飓风，科学家为何“掉链子”

飓风“迈克尔”变化太快，使得预测更加困难。资料来源:JABIN BOTSFORD

最近，飓风迈克尔咆哮着进入佛罗里达州的墨西哥湾海滩，这是有史以来袭击这个狭长地带的最强风暴，也是登陆美国大陆的第三强风暴。这场风暴对几个沿海社区、廷德尔空军基地和佛罗里达州立大学*城校区造成了严重破坏。官方数据显示，这场风暴造成18人死亡，数十人失踪。

虽然国家飓风中心(NHC)可以提前几天预测“迈克尔”可能登陆的时间和地点，但事实证明很难预测风暴的变化速度——在24小时内从2级到略低于5级。NHC将“快速增强”定义为风暴的最大持续风速在24小时或更短时间内至少每小时增加56公里。在向海岸行进的五天中，“迈克尔”至少经历了三个强化阶段。

佛罗里达州迈阿密国家海洋与大气管理局(NOAA)飓风研究部门的气象学家罗伯特·罗杰斯说:“预测飓风的轨迹相对简单，因为风暴在大气中的大规模气流的驱动下向一个方向或另一个方向移动。在过去的20年里，我们在预测这些大规模气流方面取得了持续的进展。”

然而，预测风暴强度变化的物理学变得更加复杂。麻省理工学院大气科学教授凯瑞·伊曼纽尔(Kerry Emanuel)表示，这是因为飓风是复杂而巨大的“旋转热机”，由温暖海水、潮湿空气和持续大气风的优化组合提供动力。

伊曼纽尔指出，就风速而言，飓风的强度在理论上是有限的，因为上述三个因素中的任何一个都会导致风暴偏离其轨道。例如，当风暴经过较冷的水域或陆地时会失去动力。不稳定的大气风可能成为增强其强度的障碍。伊曼纽尔说，当“风速随高度变化”时，就会出现所谓的风切变。"这可能会扰乱飓风的核心，让干燥的空气侵入，像浇火一样摧毁风暴。"

科学家现在有了一系列工具，包括载人和机器人飞机，美国国家海洋与大气管理局可以在风暴中飞行。这些工具可以收集大量可变数据，这些数据可以整合到天气模型中，并帮助研究人员估计飓风何时会加速。

罗杰斯说，这些数据有助于揭示更大的物理过程。然而，要了解更精细的微观过程以及飓风会以多快的速度增强，还有许多工作要做。"雷暴、雨滴和冰粒在每个飓风内部形成，并影响其强度."“这些微观层面的过程对于建模来说非常具有挑战性，”他说。

此外，研究人员对海洋与大气交汇的关键区域知之甚少。飓风的大部分热流发生在这个过渡层。在这里，水和空气混合成某种乳液。伊曼纽尔说:“从这层提取样本几乎是不可能的。在实验室模拟这种情况也非常困难。”

然而，研究人员在改进飓风强度预测方面取得了一些进展。罗杰斯说，更多的数据总是有用的，美国国家海洋与大气管理局能够从“迈克尔”飓风中收集到大量数据。该团队还致力于开发强大的无人机，可以直接飞向风暴，并收集高质量的微过程数据。

其他几个小组也在开发探测器和潜水器，以监测飓风期间的水柱，包括国际阿尔戈计划，该计划将开发随水流漂移并周期性下沉的仪器浮标。

气象学家也在密切关注气候变化，因为海洋变暖和海平面上升可能会使飓风强度预测复杂化。伊曼纽尔说:“如果你向大气中释放更多的二氧化碳并使气候变暖，飓风的最大速度限制将会增加。而且，飓风强化的速度也会加快，这意味着风暴强化的速度将比“迈克尔”号快得多。"

如果风暴加速，相关部门协调疏散行动的时间将会减少，这可能是致命且代价高昂的。“这是预报员最糟糕的噩梦。”伊曼纽尔说。(唐毅宸)

中国科学新闻(2018-10-25，第三版国际)