Керрі А. Емануель Професор Атмосферні науки Массачусетський Технологічний Інститут Оригінал: Anthropogenic Effects on Tropical Cyclone Activity I. Часті питання про глобальне потепління і ураганів...

 Kerry_2008 Керрі А. Емануель

Професор
Атмосферні науки
Массачусетський Технологічний Інститут

Оригінал: Anthropogenic Effects on Tropical Cyclone Activity

I. Часті питання про глобальне потепління і ураганів

1.) Питання: глобальне потепління викликає більше урагани?

В: Ні глобальна щорічна частота тропічних циклонів (загальний, метеорологічні термін шторм, який називається тропічний шторм або ураган в Атлантичному регіоні) становить близько 90, плюс або мінус 10. Там немає вказівок б то не було довгострокова тенденція в цьому ряду.

2.) Питання: Але я помітив, що там, здається, були багато більше ураганів, починаючи приблизно з 1995 року.

В: Ви, напевно, живете в Північній Америці, Центральній Америці, чи Європі, і говорити про урагани в Північній Атлантиці. (Важливо пам’ятати, що тільки 11% з усіх ураганів відбуваються в Атлантиці, інші знаходяться в Тихому та Індійському океанах.) Там був великий підйом частоти атлантичних ураганів, починаючи з 1995 р Це відповідає підйому в тропічній температури поверхні моря Північноатлантичного, що дуже ймовірно , у відповідь на збільшення антропогенних викидів парникових газів. Важливо відзначити, що в кінці літа і початку осені тропічний температура поверхні моря Атлантичного уважно стежить Північна півкуля середня температура поверхні (в тому числі земельні ділянки), що робить малоймовірним, що регіональні Атлантичний кліматичних явищ впливають температури поверхні тропічного моря (і тим самим впливаючи урагани ) на часових масштабах більш ніж на кілька років. Зокрема, немає ніяких доказів “природних циклів” або ураганів в Атлантиці діяльності або тропічної Атлантики температура поверхні моря.

3.) Питання: Чи є інтенсивність ураганів збільшується з часом?

В: Існує ряд доказів, що це таке. Звіти активності ураганів по всьому світу показують підйом як максимальна швидкість вітру в і тривалості ураганів. Енергія, що виділяється в середньому урагану (знову з урахуванням всіх ураганів в усьому світі), здається, збільшилися приблизно на 70% за останні 30 років або близько того, що відповідає приблизно на 15% більше в максимальній швидкості вітру і збільшення терміну служби шторму 60% .

4.) Питання: Але не там багато помилок у записі ураганів?

В: Так, є. Надійні дані швидкості вітру в ураганах над відкритим океаном повернутися тільки близько 1950 року, коли літак-розвідник ураганів почався над Північною Атлантикою і Західній частині Тихого океану Північної; до цього, були зроблені тільки хороші вимірювання швидкості вітру, коли урагани обрушився або передані островів або суден з вимірювальним обладнанням. На жаль, методи вимірювання або оцінки швидкості вітру з літака еволюціонували з плином часу, і ці зміни не завжди добре документовані. Починаючи приблизно з 1980 року, за деякими оцінками вітер для всіх ураганів глобально, на основі супутникових знімків, але це не так добре, як літакових вимірювань.

5.) Питання: Тоді як ви можете визначити тенденції з такими даними?

В: На щастя, засоби оцінки центральну тиску поверхні в ураганів залишалася незмінною з плином часу. На практиці тиск в центрі добре корелює з максимальною швидкістю вітру, і, отже, може бути використаний для виявлення зміни в способах вітрів оцінювалися по тиску. Крім того, у досить великої вибірки подій, швидкості вітру добре корелюють з кількістю називають “потенційним інтенсивність”, який є функцією температури як в океані і атмосфері. У нас є достатньо хороші запису інформації, необхідної для розрахунку потенційної інтенсивності, і тому може порівнювати оціночні швидкості вітру з передбачуване потенційного інтенсивності для досить великих зразків. Це ще одна перевірка на якість оцінок вітру. Навіть у Південній півкулі, де ніколи не були літаки спостереження ураганів, оцінки супутникові також порівняти з оцінками потенційного інтенсивності.

6.) Питання: Ви кажете, що надійні записи урагану швидкість вітру повернутися тільки про 1950 р так як ви можете сказати, що не було ще більш сильні шторми до 1950 року? Як ви можете стверджувати, що підйом в останні 50 років є наслідком глобального потепління?

В: Ми не можемо сказати напевно. Що ми можемо сказати, що скрізь, де ми подивилися, зміна в споживанні енергії урагану слід дуже уважно зміна в тропічній температури морської поверхні. Коли температура поверхні моря падає, споживання енергії падає, і навпаки, коли він піднімається, те ж саме робить споживання енергії. І теорія і моделі інтенсивності ураганів передбачити, що це має бути так само. На відміну від запису ураганів, запис тропічних температури океану менш схильні до помилок і сходить 150 років або близько того. Крім того, геохімічні методи були розроблені, щоб вивести температура поверхні моря від коралів і раковин із залишених мікроорганізмами, які живуть поблизу поверхні; вони можуть бути використані для оцінки температури поверхні моря за останні кілька тисяч років. Ці записи переконливо свідчать, що 0,5 градусів за Цельсієм (1 градус за Фаренгейтом) потепління тропічних океанів, які ми бачили в останні 50 років є безпрецедентним для, можливо, до тих пір, як кілька тисяч років. Вчені, які працюють на цих записах, тому вважаємо, що недавнє зростання антропогенний.

7.) Питання: Чи означає це, що ми бачимо більше ураганів-завдано збитків у США та інших країнах?

В: Існує величезна тенденція на шкоду ураган в США, але всі або майже всі це через збільшення населення прибережних районів і будівля в ураган схильних районів. При цьому приріст населення і багатства припадає на, немає помітна тенденція залишається в даних збиток, нанесений ураганом. Ми не очікуємо побачити будь-який, незважаючи на збільшення в глобальної влади урагану. Причиною є простою справою статистики: Є дуже мало ураган обвали, щоб мати можливість угледіти тенденцію. Врахуйте, що, до тих пір, Катріна, ураган Ендрю був найдорожчим ураганом в історії США. Але це сталося в неактивному року; там були тільки 7 урагани і тропічні шторми. Дані про США сушу бурі становить лише близько 2/10 одного відсотка даних у нас є на світовому ураганів по всій їх життя. Таким чином, у той час як ми вже можемо виявити тенденції в даних для глобальної активності ураганів, враховуючи все життя кожного шторму, ми вважаємо, що було б прийняти принаймні ще 50 років, щоб виявити будь-які довгострокові тенденції в США сушу статистику ураган, настільки потужний роль випадковості в цих чисел.

8.) Питання: Наскільки я розумію з цього останнього обговорення, що було б абсурдно приписувати Катріною катастрофу з глобальним потеплінням?

В: Так, це було б абсурдно.

9.) Питання: Добре, можливо, ми не побачимо глобального потепління в сушу ураганів на 50 років або близько того, але ми не повинні все ще бути стурбовані цим?

В: Відповідь на це питання в значній мірі залежить від своїх географічних і часових горизонтів. Для США орієнтованих завдань протягом наступних 30-50 років, на сьогоднішній день найважливіша проблема, ураган ми зіткнулися, демографічна та політіческая.Рассмотрім, що Катріна, як попало, як це було, не було ні в якому разі безпрецедентним, метеорологічних кажучи. Більш інтенсивні шторми вдарили узбережжі США давно. Великою проблемою є стрімке порив тропічних узбереж, в поєднанні з федеральними та державної політики, які субсидують ризик понесених розвитку прибережних районів. Страхування Приватна власність у значній мірі регулюється кожною державою, і політичний тиск тримає ціни низькі в регіонах з високим ступенем ризику, як тропічні узбережжя, таким чином, заохочуючи людей, щоб побудувати надумані структури є. (Ті, хто живе в регіонах з низьким рівнем ризику заплатити за це в штучно високих премій.) Федеральний страхування від повені платить за шкоду, штормових нагонов, і, як приватне страхування, його темпи не відображають істинний ризик. Ми субсидування ризиковану поведінку і не повинні бути здивовані результатом.
З іншого боку, якщо в вид не обмежується в США, але є глобальною, і / або своєї тимчасової горизонт більш ніж 50 років, глобальне потепління дійсно може почати надавати відчутний вплив на пошкодження ураганів, особливо в поєднанні з прогнозованим збільшенням рівня моря.

II. Твір

1. Введення

Серед більш непрямі наслідки глобальної зміни клімату є можливу зміну в активності тропічних циклонів. Ми дуже стурбовані трьома аспектами активності ураганів: їх частоти, інтенсивності, їх і їх географічного розподілу. Будь-яка зміна в частоті, з якою урагани удару заповнюється землею являє очевидний інтерес. Але кількість збільшується приблизно пошкодження, як кубу швидкості вітру максимальної в бурі, тому на практиці ми маємо справу з більш сильними штормами. Якщо якийсь аспект зміни клімату були привести до зменшення числа ураганів, але більш інтенсивні ті, ми могли б очікувати великі втрати. Ми також хотіли б бути стурбовані, якщо зміна клімату було викликати урагани, щоб бути досвідченим в частинах світу тепер вільний від них, або перестати бути досвідченим в регіонах вони тепер біда. З наукової точки зору, це питання вельми окремий. Фактори, які контролюють інтенсивність ураганів, здається, дуже відрізняються від тих, які регулюють свою частоту виникнення, і це знаходить своє відображення у спостереженні, що деякі сезони виробляють дуже мало, але дуже інтенсивні бурі. (Сезон 1992 року, кілька штормів, але це виробляється ураган Ендрю.)

Географічний розподіл ураганів над статистично великій вибірці визначається особливостями великомасштабної циркуляції атмосфери і океану, які можуть, в принципі, може бути змодельований глобальних моделей циркуляції.

Четвертий характеристика ураганів, їх геометричних розмірів, приділялося менше уваги. Діаметр тропічних циклонів пробігає майже в десять разів: найдрібніші спостережувані бурі можуть бути розміщені повністю в очах найбільших. Шторм якого радіальний розмір у два рази більше іншого викличе, можливо, стільки, скільки чотири рази збиток (за інших рівних умов), так як трек збиток буде в два рази ширше і кожна точка в ньому буде відчувати руйнівні вітри в два рази довше, Величина і площа, вкрита океанами хвиль і штормового нагону також буде більше. Катріна 2005 року є похмурим прикладом з великого урагану. Але так мало в даний час відомо про фактори, які визначають геометричну розмір окремих бур, які ми не в змозі обговорити це питання тут. У наступних розділах ми натомість зосередитися на факторах, що впливають на інтенсивність, частоту і географічний розподіл ураганів. Потім ми представимо деякі емпіричні докази для зміни активності ураганів. Нарешті, ми обговоримо нові зусилля, щоб емпірично пов’язані активності тропічних циклонів в кліматі шляхом реконструкції минулого штормової активності з геологічному літописі.

2. Інтенсивність

Інтенсивність індивідуального ураганів, як виміряно звичайним чином шляхом його максимальної поверхні швидкості вітру або мінімального тиску на поверхні, залежить в будь-який момент часу за допомогою великого і складного масиву фізичних процесів, що регулюють взаємодію шторму з основною океану і його атмосферний навколишнє середовище. Лише деякі з цих процесів добре вивчені. Для даної температури океану і атмосферного термодинамічної середовища, є верхня межа інтенсивності, що шторм може досягти, але дуже мало шторми досягнення цієї межі на практиці. (Для більш повного обговорення теорії граничної інтенсивності, натисніть тут.) Хоча дуже небагато фактичні бурі досягнення їх граничної інтенсивності, то виходить, що, коли досить велика вибірка подій вважається, розподіл інтенсивностей ваги дуже красиво з обмеження інтенсивності (далі згадується як потенційний інтенсивності), як показано Емануеля (2000). Це означає, що процентна зміна в потенційній інтенсивності припускає, що протягом досить великої вибірки, інтенсивність ураганів слід змінити, в середньому, на той же відсоток.

Є причини для занепокоєння, що антропогенний додавання парникових газів в атмосферу може привести до збільшення доступної енергії тропічних циклонів, і тому до збільшення їх потенційної інтенсивності; вони обговорюються в попередній роботі автора (Еммануель, 1987). Парникові гази зменшити кількість інфрачервоного випромінювання, що виходить на поверхню Землі, і якщо ні, компенсує зниження кількості сонячної радіації, що досягає поверхні хмарами (але це складно, тому що хмари також пастка вихідних інфрачервоне випромінювання), океан повинен втратити надлишок тепла підвищеної випаровування морської води. Є тільки два способи домогтися цього: або термодинамічний дисбаланс між тропічних океанів і атмосфери повинні збільшити або середню поверхню швидкість вітру повинна зростати. Якщо термодинамічна неравновесность збільшується, то і потенційну інтенсивність ураганів (якщо термодинамічна ефективність не повинні були знижуватися, але насправді, ефективність також збільшується, коли парникові гази додають до атмосфери. Не тільки температура на вході (на поверхні моря Температура) збільшення, з причин , наведеним вище, але температура тропосфери зменшується, оскільки додаткові парникових газів при високих рівнях призводить до більш ефективним випромінювання інфрачервоного випромінювання і, отже, до більш охолодження).

Якщо середня швидкість вітру у поверхні океану в тропічних не зміниться, теорія передбачає, що швидкість вітру в урагані повинно збільшити приблизно на 5% за кожен 1 O збільшення C в тропічній температури океану (Еммануель, 1987). Комп’ютерні моделі підтверджують цю тенденцію, але призначити дещо менший масштаб збільшення (Кнутсон і Тулі, 2004).

Існує певна невизначеність, однак, про величину збільшення потенційної інтенсивності ураганів, супроводжуючих збільшення техногенних парникових газів. Основним джерелом невизначеності переслідуючих розрахунків збільшення потрібно зробити з невизначеністю в прогнозі самого глобального потепління; вони повинні робити з процесів зворотного зв’язку в кліматичній системі, особливо ті, за участю парів води і хмари основний зворотного зв’язку в кліматичній системі :. кількість парів води в атмосфері. Були вміст парів води і хмарність залишатися фіксованою, подвоєння вуглекислого газу в атмосфері буде давати тропічний морський поверхні підвищення температури лише близько 0,5 C і ледь вловимий зростання потенційного інтенсивності тропічних циклонів. Більшість кліматичних моделей симуляції дають набагато більш значне збільшення, ніж це, завдяки позитивного зворотного зв’язку за участю збільшення водяної пари в атмосфері. Але фізика процесів, контролюючих водяна пара в атмосфері, погано розумів і навіть більш слабко представлені в кліматичних моделях, і те, що насправді відбувається в атмосфері в значній мірі невідомі через погані вимірювань. В даний час широко визнається, що поліпшення в розумінні і пророкуванні клімату залежатиме значною мірою від кращого розуміння процесів, контролюючих атмосферної водяної пари і хмар.

Серед факторів навколишнього середовища, як відомо, впливають на інтенсивність ураганів є зрушення вітру по вертикалі. Це тільки швидкість, з якою фон горизонтальний вітер змінюється з висотою. Навіть скромні величини зсуву запобігти слабкі збурювання від інтенсифікації, а також може обмежити інтенсивність зрілих бур. Вертикальне зрушення впливає на динаміку буря у численних способів, деякі з яких добре вивчені. Він діє, щоб нахилити циркуляцію шторму, можливо, порушуючи потік повітря в, і через нього. Крім того, за допомогою складної динамічної взаємодії, вона змушує куплет вгору-вниз руху, транскордонних буря центр. Це, у свою чергу, викликає асиметричний розподіл хмар і дощу, а також може порушити важливий процес передачі тепла від океану, що особливо важливо в стінці ока. Нарешті, вертикальний зсув викликає сухість повітря з навколишнього середовища проникають всередину, щоб ближче до ядра шторму. Це може призвести до утворення холодних, сухих низхідних частково або повністю компенсуючи критичного зволоження шару повітря по океану.

Не всі динамічні взаємодії тропічних циклонів з їх довкілля шкідливі штурмувати інтенсивності. Тропічні метеорологи в 1940-х роках зауважив, що взаємодії між циклонами і деяких особливостей перебігу при дуже великих висотах може призвести до інтенсифікації. Робота по Босарт і Бартла (1991) та ін. Молінарі. (1995) викласти аналізи таких взаємодій у сучасному динамічному рамках, що робить фізику взаємодії кілька більш ясно. Як видно з цієї роботи, що, за певних обставин, підхід до висотної циркуляції циклонічного може викликати існуючий тропічний циклон активізувати або зароджується одного розвиватися. Є також кілька прикладів сильних високого рівня циклонічних аномалій, що призводять до розвитку сильних поверхневих циклонів з деякими з характеристик тропічних штормів, навіть у відносно прохолодному океанської води. Одним з таких буря сталася над західній частині Північної Атлантики в жовтні 1992 року, і викликали величезний шкоди прибережній в північному сході США

Взаємодія з ураганами океану підстильної може викликати істотне зниження інтенсивності шторму. Це тепер були добре задокументовані в дослідженнях моделювання (наприклад, Хаин і Джині, 1991; Шаде та Емануель, 1999). Урагани перемішати холодної води на поверхню, зменшуючи кількість тепла, яка тече в шторм. Величина ефекту залежить від товщини шару теплої води у верхній частині океану, від швидкості руху вперед шторму, і на його геометричних розмірів. Типові скорочення інтенсивності від потенційного інтенсивності становить порядку 30%.

Очевидно, є багато і різноманітних процесів, які впливають на інтенсивність окремих ураганів. Ми хотіли б знати, як все це впливає на статистичні розподілу інтенсивності ураганів в даному кліматі, але це зажадає набагато більш глибокого розуміння динаміки урагану, ніж у нас в даний час. Одним з факторів, що обмежують прогрес величезні обчислювальні вимоги моделювання в трьох вимірах повний спектр масштабів і фізики, які характеризують тропічні циклони. Комп’ютери ледве достатньо швидко, щоб імітувати взаємодію урагану з навколишнім середовищем з просторовим дозволом, достатньої для імітації окремих купчасто-дощових хмар, які є справжніми агентами вертикальної тепла в урагани. Але ми можемо очікувати значне поліпшення в області комп’ютерних можливостей, якщо недавнє минуле будь-яке керівництво.

3. Частота

Дуже небагато атмосферні процеси, як погано розуміється як тропічний циклогенезу. Незважаючи на роки навчання, він залишається в значній мірі незалежно від того, здогадок щодо того, чи буде конкретний тропічний порушення стати ураганом. Багато в чому завдяки роботі Греей (наприклад, Грей, 1988), тепер ми знаємо, атмосферні умови, які повинні переважати в генезис відбутися, але про існування таких умовах, які не рідкість в тропіках, ні в якому разі не гарантія генезис. Це було відомо протягом багатьох років, що тропічні циклони не виникають спонтанно, як і інші види штормів, але повинен буквально бути викликані порушеннями незалежного походження. Частота тропічних циклогенезу є продуктом поширеності необхідних умов Грея і частоти підходящих ініціюючих збурень. Але ми ще не знаємо, що робить один потенційний порушення ініціює підходить і ще непридатні.

Деякі недавні події дійсно дають надію, однак, що ми найближчим часом може зрозуміти Буття досить добре, щоб бути в змозі передбачити статистичний частоту виникнення циклону, враховуючи стан клімату. Одним з таких розвиток є виявлення Лендса і Грей (1992) деяких сильних емпіричних відносин між ураганів в Атлантиці діяльності та інших сигналів в кліматичній системі. Існування таких сигналів чітко пропонує підказки про фізику генезису, але ці ключі ще належить розгадати. Ще одна розробка пов’язана з якоюсь недавній роботі з чисельними моделями ураган моделювання та із серії польових експериментів, виконаних на початку 1990-х років у західній та східній тропічній частині Тихого океану. Схоже, що необхідною і, можливо, достатньою умовою для генезису є встановлення стовп дуже вологого повітря, що проходить через усю глибину тропічного тропосфері і становить близько 50-100 миль завширшки. (Як правило, тропічний атмосфера кілька сухий в середніх рівнях.) Грози що тоді розвиваються у цьому вологому стовпа не виробляють сухі, холодні спадні потоки, які характеризують більшість таких бур і які виступають проти тенденцію випаровування від океану зволожити атмосферу. Ці холодного сухого спадні рухає частковим випаровуванням дощем, але в межах вологої стовпа, випаровування зменшується і формування низхідного потоку інгібується. Формування цих вологих стовпів виявляється можливим за допомогою ряду різних механізмів, у тому числі підйому тропічного прикордонного шару в тропічному порушення, такі як східному хвилі. Вологі колони також утворюють природно в тропічних хмарних кластерів, за допомогою механізмів, які ще належить з’ясувати.

Проблема прогнозування, як тропічний циклон може частоти реагувати на зміну клімату може бути розбитий на дві частини: передбачити, як поширеність необхідних умов Грея зміниться, і передбачити, як частота і сила потенційних порушень ініціюючих зміниться. Елементарні міркування показують, що антропогенні збільшується в парникових газів призведе до скорочення перших і збільшити останнього. Дуже коротко, сила надвеликих тропічних тиражами, таких як мусонів і пасатів, як очікується, збільшиться. (Хоча температура поверхні градієнт від полюса до екватора зменшується, градієнти на великих висотах збільшити, а в мережі, сила термічно прямих тиражами збільшується.) Загалом, це буде супроводжуватися збільшенням вертикального зсуву < span class = “GramE”> вітру, особливо в верхня тропосфера (зсув вітру в нижніх шарах тропосфери фактично зменшується). Це буде важити на користь меншого числа випадків тропічної циклогенезу. З іншого боку, більш енергійним циркуляція масштабна може сприяти більш сильні і потенційних порушень ініціювання, наприклад, східні хвилі. Це вага на користь більш тропічних циклонів. Таким чином, проблема складна, і прості міркування виробляє неоднозначні результати.

Наша група в Массачусетському технологічному інституті недавно оновлений індекс генезис підхід Грея, використовуючи потенційну інтенсивність, відносну вологість, низького рівня вихору і глибокий тропосферний зрушення вітру як провісників. Ми розробили новий індекс, описаний в препринті для 26-й Конференції з ураганів і тропічної метеорології в 2004 році (що з’являється при натисканні здесь). Цей показник робить хорошу роботу прогнозування як сезонний цикл і географічний розподіл урагану генезу, як показано тут.

Глобальні кліматичні моделі (ГКР) були використані в ряді груп для вивчення змін в активності тропічних циклонів у світі подвійний CO2. На сьогоднішній день, кожну з цих груп розглянув зміни в активності тропічних циклонів, отриманих в явному вигляді моделей. Цей підхід є проблематичним, тому що ні просторовий дозвіл, ні фізика моделей достатньо, щоб імітувати тропічні циклони скрупульозно. У той час як фізика зрілих моделей штормів може бути близька до реальної ураганів, дуже малоймовірно, що генезис, який останні польові експерименти показують, відбуваються в масштабах, як малі, як 30 миль, в даний час наслідував взагалі реально в МОЦ, просторове дозвіл більше як 200 миль. За те, що вони стоять, МОЦ виробляти суперечливі результати. Вивчення Хаарсма ін. (1992), використовуючи GCM веденні британської метеорологічної служби, показує збільшення як за інтенсивністю і частоті тропічних циклонів, але аналіз по Брокколі і Манабе (1990), використовуючи / GFDL модель Princeton, показує неоднозначні результати, з збільшення активності тропічних циклонів , якщо хмари радіації зворотного зв’язку не входить і зниження активності в іншому випадку.

Можливо, найкраща стратегія буде використовувати МОЦ для оцінки тенденцій в емпіричному індексу генезу, описаної вище. Це обійти необхідність фактично імітувати генезис і буде в межах того, що моделі повинні бути здатні.

Я вважаю, що ретельне, фізично основі розуміння тропічного циклогенезу є необхідною умовою для розробки здатність співвідносити тропічний циклон частоту до стану клімату. Емпіричні дослідження надзвичайно корисні, але не може привести до абсолютно спільного розуміння проблеми. Незважаючи на це, слід визнати, що такі дослідження далеко попереду теорії і моделювання, які тепер повинні докласти зусилля, щоб надолужити згаяне.

4. Географічний розподіл

У нинішніх умовах, урагани розвиваються протягом тропічних водах океану, чиї температура поверхні моря (ТПМ) перевищує близько 26 С, але, як тільки розроблені, вони можуть рухатися в напрямку до полюса значно з цих зон. Одна з часто заявив оману про тропічні циклони, що були площа, обмежена 26 C SST ізотерми рости, так само це район відчуває тропічний циклогенез. Регіони, схильні до тропічної циклогенезу краще охарактеризувати як місця, де атмосфера повільно піднімаються на великих масштабах. Так приблизно стільки атмосфера спаданням, як за зростанням, це важко змінити загальну площу переживає підйом. Таким чином, існує мало підстав вважати, що було б будь-яка суттєва розширення або скорочення області світу, схильної до тропічної циклогенезу. Це підтверджується ГКР розрахунків, виконаних в Хаарсма ін. (1992), який показує, що в той час як існує значне збільшення в області, охопленої 26 З SST ізотерми подвійний середу СО2, немає ніякого помітного збільшення в області переживає тропічних циклонів.

Цілком можливо, однак, що зміни у великомасштабній циркуляції атмосфери буде збільшувати або зменшувати швидкість руху тропічних циклонів з їх генезису регіонів і в більш високих широтах. Це також, ймовірно, що зміни в атмосферної циркуляції та розподілу SST в тропіках буде пов’язаний зі змінами в розподілі штормів і слідів вони слідують, впливаючи таким чином на місцях і частоту виходу на сушу.

5. Емпіричні дані для підвищення активності тропічних циклонів (і відповіддю на критики)

Експертиза історичних фактів ураганів у всьому світі показує, що міра тропічних циклонів розсіювання потужності (пропорційно кубу швидкості приземного вітру інтегрованої протягом усього терміну кожного шторму) має досить значно протягом останніх 30-50 років. Це збільшення значною мірою пов’язане з температурою поверхні моря тропічний. Деталі аналізу наведені в Емануель (2005), доступною тут додаткову інформацію доступною тут. Ця робота передбачає, що глобальне активність тропічних циклонів відповідає в досить великому шляху до глобального потепління.

Аналіз такого роду вимагає дуже дбайливого поводження історичного даних урагану, тому що методи оцінки швидкості вітру в ураганах розвивалися протягом багатьох років. Сам аналіз обговорюється більш докладно в вищевказаній статті Nature і його онлайн добавки. Велика частина подальшого критики цієї роботи справедливо зосереджується на лікуванні даних. Ось кілька відповідей на деякі з цієї критики, і презентація уточнені аналізу.

1. Деякі бурі в 1950-х і 1960-х років були закинуті в аналізі.

Відповідь: не правда, Були використані всі бурі в міжнародно визнаних бази даних “Кращий трек”. Це один з тих міфів, які отримують валюту через повторення.

2. швидкість вітру в бур до 1970 були зменшені в рамках аналізу; без цієї корекції, немає ніяких ознак глобального потепління сигналу.

Відповідь: Незважаючи на те, як правило, не вказано, як наприклад, цей коментар відноситься тільки до атлантичних штормів, які складають лише 11% всіх тропічних циклонів . Якщо доводилося покладатися тільки на ураганів Атлантичного запису, і без урахування його взаємозв’язку з температурою поверхні моря, це сумнівно, що можна було б зробити будь-який зв’язок з глобальним потеплінням, з або без корекції до даних. Як для цього виправлення, воно було засноване виключно на роботи Кріса Лендса (Лендса, 1993). Кріс і я говорив про це з тих пір, і ми обидва згодні, що корекція була, ймовірно, трохи занадто великий. З тих пір я реалізував другий, менший корекції. На додаток до порівняння даних вітру даними приземного тиску (як описано в статті Nature), ще один тест, щоб порівняти гістограми інтенсивності штормів, нормована потенційного інтенсивності, до і після 1970 року В принципі, форма гістограми повинно бути приблизно інваріантної при зміні клімату. На малюнку нижче порівнює пост-1 970 Атлантичний гістограму з гістограм, заснованих на обох невиправлених і знову виправлені до 1970 грозових даних.

Новий корекція явно приносить до 1970 гістограму в більшу відповідність з пост-1 970 гістограми.

3. Були великі зміни в тому, як швидкість вітру були виміряні в західних ураганів північній частині Тихого океану.

Відповідь: Так, і вони були враховані як описано в природному паперу, провівши місяців переживає даних сирих повітряних суден і говорячи з деякими з людей, відповідальних за збір і аналіз цих даних. Мій корекції включав розгляд переходу від літака на основі супутникової основі оцінки інтенсивності, які відбулися в 1987 році На графіку нижче порівнює сукупні розподілу частот пост-1973 західних даних північній частині Тихого океану з обох виправлених і невиправлених даних до 1973 року (збирається з 1949 року) . Це підтверджує обґрунтованість корекції, і ще одна ознака того, що повідомлялося швидкості вітру на початку запису, були занадто великі.


4. При поданні графіків, на 1-2-1 фільтр застосовується двічі, але ці дві кінцеві точки на кожному кінці серії були збережені. Вони повинні були опущені. Це призводить до перебільшення висхідного тренда в останні два роки.

Відповідь: критика, що кінцеві точки були збережені в відфільтрованої часових рядів є дійсним, і, дійсно, тенденція в останні два роки перебільшена в Атлантиці через це. У західній частині Тихого океану Північної, однак, тенденція недооцінювати, бо тенденція до зниження в останні два роки (2002-2003 роки), використовуваних в графіках. Західна північній частині Тихого океану має приблизно в три рази багатьох бур, як у Північній Атлантиці. Надалі, я опустив дві точки на кожному кінці серії раз, як правильне.

5. тенденція була зворотною в інших океанічних басейнах не повідомляється в дослідженні.

Відповідь: тенденція в останні кілька років дійсно був вниз в східній частині Тихого океану і Північної в північній частині Індійського океану. Останнє, однак, має дуже невелику кількість штормів з невеликий шторм довжин треків і вносить незначний внесок від загальносвітового обсягу. Південна півкуля, який, як і в Індійському океані, має тільки оцінки швидкості вітру, висхідні до 1980 року близько; протягом цього часу напрямок в PDI, безумовно вгору. Графік нижче показує PDI Північної Атлантики, в східній частині Північної частини Тихого океану, і західній частині Тихого океану в поєднанні Північної, з новим корекції до Атлантичного даних і двома кінцевими точками опущені з кожного кінця часового ряду. Як і в природі паперу, це порівняно з тропічної температури поверхні моря від Центру Хедлі.


Тенденція в обох SST і ДПІ починаючи приблизно 1 975 є значним. Наведений нижче графік показує, що два часових рядів корелюють, з г 2 близько 0,67. Враховуючи дуже активно 2003-2005 сезонів в Атлантиці, і 2004 сезон в західній частині Тихого океану Північної, я думаю, що це тенденція продовжується.

6. Ви зробили тенденція шукати велике позитивне, починаючи свій час серії при відносній мінімум активності

Відповідь: Це не так. Я вибрав 1 949 в якості відправної точки, тому що це був найраніший рік я вважав оцінками літаків швидкостей вітру урагану надійним, і тому, що не існує ніяких достовірних записів у західній частині Тихого океану набагато Північної до цього. У нас є кілька записів в Атлантиці до 1949 року, хоча. Використовуючи ці в розрахунку PDI іншому ідентична, що представлені в результатах Природа папери в цьому графіку згладженої Атлантик PDI в залежності від часу. Чорний Вертикальна риса показує відправну точку для серії раз в статті Nature. Це показує, що мій початковий рік був відносний максимум активності, що призводить, у всякому разі, до недооцінки довгострокового тренда.


7. Після того, як зміни в популяції і багатства були враховані, немає значної тенденції в збиток від США сушу урагани.

Відповідь: Так, і аналіз швидкостей вітру на сушу ураганів американських і не показує довгострокову тенденцію. Це зовсім не дивно, просто тому, що є занадто мало сушу події, щоб почати, щоб побачити які-небудь тенденції. Як згадувалося вище, дані сушу ураганів в США менше, ніж у десятої відсотка даних для глобальних ураганів по всій їх життя. Ми можемо перевірити статистичної значущості в простий шлях. По-перше, ми створюємо два великі штучних дані ураган встановлює сам з PDI, відповідний середньої PDI ми спостерігали впродовж останніх 50 років, а інший з PDI, що складає близько 75% більше. Потім ми припускаємо, що розподіл поступово зміщується від першої до другої протягом 50 років, за умови, 10 плюс-мінус 3,7 події на рік. Ми робимо це багато, багато разів, щоразу приймаючи різні випадкову вибірку з розподілу. Результатом є те, що нормалізований нахил PDI в порівнянні з кривою SST для всієї Північній Атлантиці є 0,69 зі стандартним відхиленням .41, в той час як реальний нахил (введені тут) є 0,75. Таким чином, з деякою погрішністю, ми можемо виявити тенденцію в Атлантік-широкий PDI. Але коли ж процедура застосовується тільки для швидкостей вітру на сушу в США, результатом є нахил 2,77 зі стандартним відхиленням 12,67. Таким чином, як тільки міг отримати майже будь-нахил; є навіть висока ймовірність негативного нахилу. Я укладаю, що відсутність тенденції до зростання нормованої США збиток ураган зовсім не суперечить висновок, що всього басейну PDI значно збільшується.

6. Палеотемпестологія

В останні кілька десятиліть, кілька спроб були розпочаті використовувати геологічні записи кількісно активність тропічних циклонів повертаючись, наскільки кінці останнього льодовикового епізоді, близько 10000 років тому. Одним з таких зусиль, описано Лю і FEARN (1993), заснований на записи активності ураганів в опадах на дні прибережних прісноводних озер. Коли Категорія 4 або 5 урагани проходять над такими озерами, вода океану порушить мілини, що відокремлюють озера від моря, залишаючи депозит щодо грубих опадів у озера. У осадових кернах, витягнутих з озера ліжка виявити епізодичні шари грубих опадів, які потім можна датувати за допомогою копіювальної техніки 14. Саме останнє з цих шарів в точності відповідають відомих історичних категорії 4 і 5 ураганів. На сьогоднішній день, ця методика застосовувалася тільки за допомогою осадових кернів з озера Шелбі в прибережних Алабама, США. Стратиграфічної літописі показує, що категорія 4 або 5 бурі впливають на озеро Шелбі в 3 400, 2800, 2200, 1 300, і 700 років тому, маючи на увазі, інтервал повторення близько 600 років. Як не дивно, немає ніяких ознак Категорія 4 або 5 ураганів в запису, перш ніж осаду близько 3400 років тому, припускаючи, що, можливо, була зміна в кліматі регіону приблизно в цей час. Подальша робота групи Лю на 4 додаткових сайтів по всьому Мексиканській затоці показує, що ураган діяльність була особливо велика між близько 1000 і близько 3000 років тому.

Хоча в довгостроковій перспективі запис інтенсивної активності ураганів в одній точці на березі Мексиканської затоки, не може вважатися достатньо, щоб зробити висновки про взаємозв’язок між ураганами і клімату, технологія може бути застосована до багатьох ближчих до берега по будівництву більш широке кліматологія. Це робиться за допомогою декількох груп, наприклад, Джефф Доннеллі на Вудс-Холі океанографічного інституту.

Тропічні циклони також викликати сильні течії, які впливають опади у мілкій воді океану. Записи цих відкладень можуть бути датовані і використані для виведення повз тропічних циклонів (Кін і Слінгерланд, 1993). Хоча цей метод не був широко застосовується на сьогоднішній день, очевидно, що це може бути можливим, щоб використовувати його для побудови самі долгопериодические записи тропічних циклонів.

Інший метод, який був розроблений недавно включає в себе аспект урагану опадів, що отримав порівняно мало уваги. У 1980-х роках, було виявлено, що кількість опадів від тропічних циклонів мають відносно невеликій концентрації ізотопу кисню 18 O в порівнянні з нормальною тропічної зливи (Лоуренс і Гадзельман, 1996). Це, ймовірно, є результатом надзвичайно малих швидкостях випаровування дощ, враховуючи майже насичений середовища, через яку падає дощ. (Випаровування концентрати 18 О в рідкій воді позаду.) Девід Мальмквіст (Приватне повідомлення, 1996) показав, що ставлення ізотопів кисню опадів можуть бути записані в карбонатних відкладеннях в печері сталактитів, які потім можуть бути зрізи і < sup> 14 С від, Він виступав аналізи сталактитів на Бермудських островах. Існує надія, що цей метод може бути застосований до різних родовищ вивести довгострокові записи тропічних циклонів.

Поле палеотемпестологія знаходиться в зародковому стані, але є надія, що він може бути використаний для відсунути запис активності тропічних циклонів і в доісторичному минулому. Це може запропонувати кращий надію на емпіричної висновку про взаємозв’язок між тропічними циклонами і клімату.

7. Резюме

Теорія тропічних циклонів, в його нинішньому стані розвитку, дає деякі корисні ідеї у відносинах між тропічних циклонів і клімату. Існує строгий верхня межа інтенсивності, що урагани можуть досягти, і ця межа може бути легко визначено з відомих станів атмосфери і океану. Елементарні міркування показують, що ця межа збільшується з кількістю викидів парникових газів в атмосферу, але величина збільшення, що призведе із справжнього введення антропогенних парникових газів в атмосфері, невідомо, в силу великої невизначеності про зворотних зв’язків у кліматичній системі. Крім того, дуже небагато шторми підходити до їх граничної інтенсивності, і процеси, відповідальні за збереження інтенсивності зливових нижче їх граничного значення, погано розумів і не може бути добре моделюється МОЦ присутніх. Частота, з якою відбуваються тропічні циклони є продуктом переважання відомих необхідних умов для їх утворення та частоти і сили заворушень, які мають потенціал ініціювання тропічні циклони. Ні теорія, ні основний чисельного моделювання клімату не досить добре просунулися, щоб передбачити, як тропічний циклон частота може мінятися при зміні клімату, і обидва дають суперечливі результати зміни тропічного циклону на частоті в два рази атмосферний. Там немає фізичної основи, однак, для претензій, що загальна площа схильні до тропічної циклогенезу б збільшити. Новий поле палеотемпестологія тягне за собою використання різних методів для виведення довгострокову історію активності ураганів з геологічному літописі. Натискання на сушу запис тропічних циклонів і назад в передісторії, можливо, навіть до останнього льодовикового періоду, може бути ключем до розуміння з емпіричну погляду відносини між активності тропічних циклонів і клімату. Ми повинні робити те, що ми можемо заохочувати ці зусилля.

Докладне вивчення історичних записів ураганів показує яскраво виражений висхідний тренд в міру повної потужності генерованого урагану за останні 50 років. Ця тенденція, й інші варіанти в індексі розсіюваною потужності, добре корелює з тенденцією і мінливості в тропічній температури поверхні моря, чия вгору гойдалки в останні 30 років, здається, безпрецедентне за останні кілька тисяч років. Це говорить про те, що глобальна тенденція вгору в активності тропічних циклонів є наслідком глобального потепління. Хоча тенденція в активності ураганів є статистично значущою, глобальні дані, на яких це засновано близько 500 разів більше, ніж бази даних, яка охоплює сушу бурі в США. Це останній занадто малий, щоб виявити будь-які розумні довгостроковий тренд в активності ураганів. Великий підйом вгору на шкоду ураган в США, явно у зв’язку з злиття швидко зростає прибережній населення з десятирічної масштабі часу підйом в ураганів в Атлантиці діяльності, починаючи в 1995 році, викликало в основному або повністю природними кліматичних циклів, що діють в Північній Атлантиці область.

Подальший прогрес у боротьбі важливу взаємозв’язок між тропічних циклонів і клімату буде обмежено, якщо немає фундаментальних досягнень у розумінні основ фізики ураганів. Важливим обмеженням для створення таких авансів соціальної та політичної в природі: Є диво мало вчених, що працюють над проблемою (у порівнянні з номерами, що працюють на, скажімо, землетрусів, явище порівнянної соціальної значимості). Це складне питання, історії та професійних смаків, які ведуть вчені у своєму виборі дослідницьких проблем. Існує потенціал для прискорення прогресу шляхом вживання заходів, щоб залучити більше науковий інтерес до проблеми.

Посилання

Bosart, L.F. and J.A. Bartlo, 1991: Tropical storm formation in a baroclinic environment. Mon. Wea. Rev., 119, 1979-2013.

Broccoli, A.J. and S. Manabe, 1990: Can existing climate models be used to study anthropogenic changes in tropical cyclone climate? Geophys. Res. Lett. , 17, 1917-1920.

Emanuel, KA, 1987: The dependence of hurricane intensity on climate. Nature, 326, 483-485.

Emanuel, KA, 2000: A statistical analysis of tropical cyclone intensity. Mon. Wea. Rev., 128, 1139-1152

Emanuel, KA, 2005: Increasing destructiveness of tropical cyclones over the past 30 years. Nature, 436, 686-688

Gray, WM 1988: Environmental influences on tropical cyclones. Aust. Met. Mag., 36, 127-139.

Haarsma, R.J., J.F.B. Mitchell and C.A. Senior, 1992: Tropical disturbances in a GCM. Climate Dyn., 8, 247-257.

Keen, T. R., and R.L. Slingerland, 1993: Four storm-event beds and the tropical cyclones that produced them: A numerical hindcast. J. Sed. Petro., 63, 218

Khain, A., and I. Ginis, 1991: The mutual response of a moving tropical cyclone and the ocean. Beitr. Phys. Atmosph., 64, 125-141.

Knutson, TR and RE Tuleya, 2004: Impact of CO2 -induced warming on simulated hurricane intensity and precipitation: Sensitivity to the choice of climate model and convective parameterization. J. Climate, 17, 3477-3495

Landsea, CW, and WM Gray, 1992: The strong association between western Sahel monsoon rainfall and intense Atlantic hurricanes. J. Climate, 5, 435-453.

Landsea, C., 1993: A climatology of intense (or major) Atlantic hurricanes. Mon. Wea. Rev., 121, 1703-1714

Lawrence, J.R. and SD Гадзельман, 1996: Low stable isotope ratios of tropical cyclone rains. Geophys. Res. Let., 23, 527

Liu, KB, and ML Fearn, 1993: Lake-sediment record of late Holocene hurricane activities from coastal Alabama. Geology, 21, 793-796.

Molinari, J., S. Skubis and D. Vollaro, 1995: External influences on hurricane intensity. Part III: Potential vorticity evolution. J. Atmos. Sci., 52, 3593.

Schade, LR and KA Emanuel, 1999: The ocean’s effect on the intensity of tropical cyclones: Results from a simple coupled atmosphere- ocean model. J. Atmos. Sci., 56, 642-651.