计算机模拟发现，气候变化使飓风更加猛烈
美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的气候科学家们进行的新超级计算机模拟显示，气候变化使最近飓风卡特里娜、厄玛和玛丽亚的降雨量增加了5%到10%。他们进一步发现，如果这些飓风发生在一个比现在更温暖的未来世界，这些风暴将会有更多的降雨和更强的风。
这项名为“对主要热带气旋事件的人为影响”的研究将于11月15日在《自然》杂志上发表。为了得出结论，伯克利实验室的研究人员模拟了15个历史上的热带气旋，即大西洋地区的飓风，并在过去和未来的各种气候情景中对其进行了模拟。这项研究的目的是研究由人类活动引起的气候变暖如何影响这些风暴，并可能在未来影响类似的风暴。
“我们已经开始看到影响热带气旋降水的人为因素，”伯克利实验室Patricola说。“我们的模拟强烈地表明，随着时间的推移，我们可以期待看到更大的降雨量增长。”Patricola选择了过去十年在全球范围内发生的15个热带气旋(包括大西洋、太平洋和印度洋)，并对这些风暴在不同情况下的高分辨率气候模拟进行了研究，这些情况包括空气和海洋温度、湿度和温室气体浓度等不同因素。她说:“单凭观测很难解释气候变化可能如何影响热带气旋，因为卫星时代之前的记录并不完整，而且热带气旋的自然变异性很大。”
她将这项研究分为两部分，一部分是分析迄今为止气候变化的影响，另一部分是展望未来，了解不同程度的全球变暖如何改变热带气旋强度和降雨量。她发现，气候变暖已经使降雨量增加了5%到10%，但到目前为止，该研究中考虑的飓风的风速并没有受到明显影响。然而，如果气候继续变暖，最高风速可能增加25节，即每小时29英里。
研究人员使用了伯克利实验室(Berkeley Lab)计算研究室的极端天气专家韦纳(Wehner)所称的后投归因方法，他将其描述为与预测相同的方法，只是这个事件已经发生了，“所以你可能有更多的信息可以使用”。Wehner和Patricola去年用同样的方法分析了2013年科罗拉多州的一场严重风暴，这场风暴造成了创纪录的洪水。“事后，你当然可以更好地运用你的专家判断，”他说。“所以你在世界上模拟了这个事件，然后在一个世界里模拟了一场反事实的风暴，如果不是人类改变了气候系统的话，这个世界可能会变成这样。”例如，通过在前工业化气候和当前条件下对卡特里娜飓风进行建模，并利用结果之间的差异，研究人员可以确定什么可以归因于人为变暖。然而，这项研究的设计并没有让研究人员去研究飓风是否会变得更加频繁，或者它们是否会以不同的方式移动，比如哈维飓风在休斯顿停留了几天。Wehner还警告说，只使用了一种气候模型(由美国国家大气研究中心开发的天气研究和预报模型)，当结果被复制到其他模型中时，信心会增加。
除了工业化前的情景外，Patricola和Wehner还模拟了未来三种气候情景中发生的热带气旋，即RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5，每一种都代表温室气体排放量的增加和全球变暖。自20世纪初以来，全球表面平均温度上升了约1摄氏度;在RCP8.5这种最极端的情况下，预计气温还会再上升3至4度。他们发现未来的降雨可能会增加15%到35%。风速增加了25节，尽管大多数飓风增加了10到15节。帕特里科拉说:“事实上，几乎所有15个热带气旋的反应都是类似的，这让人们对结果充满信心。”另一个有趣的发现是，风暴的结构可能会发生变化，在飓风中心的降雨强度更大，但在外围强度较小。“在一个更温暖的世界里，风暴的内部正在从风暴的外部吸收水分，”Wehner说。
目前最先进的长期气候模拟正在接近25公里以上的分辨率，可以广泛地代表热带气旋。然而，重要的精细尺度特征，如云团，只能在该尺度上近似，对气候预测的影响未知。这促使伯克利实验室团队在4.5公里的分辨率下进行模拟，这样就可以对云团进行一些表示。他们发现更精细的空间尺度并没有改变他们结论的定性方面。帕特里科拉说:“我们发现，气候变化对卡特里娜飓风风力和降雨量的影响，与模型分辨率在3公里到25公里之间无关。”“这是个好消息，因为它表明，我们可以对全球气候模型的预测更有信心，分辨率至少为25公里，而这种分辨率正变得越来越普遍。”
在五种气候情况下模拟了15个飓风，每次重复10次，研究人员在伯克利实验室国家能源研究科学计算中心的Cori超级计算机上使用了数百万小时的计算时间。“NERSC对于完成这项研究至关重要，”Patricola说。一些研究关注的是个别风暴如何因气候变化而改变。这项研究最重要的一点是，我们能够对15场风暴使用相同的气候模型和方法，这让我们能够评估结果有多稳健，这是以前从未做过的。
Patricola强调使用观测和气候模型来理解气候系统的重要性。包括伯克利实验室(Berkeley Lab)去年发表在《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)在内的几项研究发现，基于观察数据的统计分析，气候变化增加了哈维飓风(Hurricane Harvey)的降雨量。“如果两种方法都能达成一致，我们就能对结果更有信心，”她说。科学家们一致认为，全球变暖将导致热带气旋带来的降雨量增加。剩下的一个不确定因素是有多少。
