Ураганы и изменение климата: географические тенденции и перспективы

Введение: развивающаяся связь между ураганами и изменением климата

Ураганы, также известные как тропические циклоны или тайфуны в зависимости от океанского бассейна, являются одними из самых разрушительных природных явлений на Земле. Подпитываемые теплыми океанскими водами, эти мощные штормы вызывают катастрофические ветры, проливные дожди и разрушительные штормовые нагоны, которые наносят значительный ущерб прибрежным сообществам и экосистемам. За последние десятилетия все больше научных данных продемонстрировали четкую связь между изменениями в поведении ураганов и глобальным потеплением климата. Понимание того, как ураганы развиваются географически и какие будущие тенденции могут возникнуть, имеет решающее значение не только для научных знаний, но и для руководства готовностью прибрежных районов, развитием инфраструктуры и усилиями по снижению риска бедствий во всем мире.

В этой статье рассматриваются физические механизмы, связывающие изменение климата с ураганами, рассматриваются наблюдаемые сдвиги в географии и интенсивности штормов, а также обсуждаются прогнозы, основанные на климатических моделях на ближайшие десятилетия. Основное внимание уделяется основанным на фактических данных идеям, которые могут информировать политиков, руководителей чрезвычайных ситуаций и общественность, чтобы лучше предвидеть и адаптироваться к меняющимся рискам ураганов.

Наука, стоящая за формированием ураганов и изменением климата

Ураганы, по существу, являются тепловыми двигателями, приводимыми в действие передачей энергии от теплых поверхностей океана в атмосферу. Они обычно образуются над тропическими и субтропическими океанскими водами, где температура поверхности моря (SSTs) превышает приблизительно 26,5 ° C (80 ° F), обеспечивая необходимую тепловую энергию для развития шторма. Основные ингредиенты для формирования урагана включают теплую океанскую воду, влажный воздух, низкий вертикальный сдвиг ветра (изменение скорости ветра или направления с высотой) и ранее существовавшие атмосферные возмущения, такие как тропическая волна.

Изменение климата влияет на каждый из этих факторов комплексным образом, в частности, за счет повышения температуры поверхности моря и содержания атмосферной влаги.В результате ураганы реагируют на изменение климата с изменениями в их интенсивности, количестве осадков и даже географическом распределении.

Ключевые климатические факторы, влияющие на ураганы

Температура поверхности моря (SST): Верхний океан поглотил более 90% избыточного тепла, захваченного парниковыми газами. Повышенные SST обеспечивают больше скрытой тепловой энергии, питая более сильные штормы. Исследования показывают, что антропогенное потепление увеличило вероятность того, что ураганы становятся крупными штормами (категория 3 или выше по шкале Саффира-Симпсона), со скоростью ветра, превышающей 111 миль в час (178 км/ч).
Содержание тепла в океане:] Не только поверхность, но и подповерхностные слои океана прогрелись, увеличивая содержание тепла в океане. Это более глубокое тепло дольше поддерживает ураганы и позволяет им усиливаться даже тогда, когда поверхностные условия становятся менее благоприятными, способствуя более мощным и продолжительным штормам.
Атмосферная влажность:] Более теплая атмосфера может удерживать примерно на 7% больше водяного пара на каждые 1°C повышения температуры. Это приводит к ураганам с повышенными показателями осадков, увеличивая риск наводнений и оползней во время и после штормов.
Вертикальный сдвиг ветра: Сдвиг ветра может препятствовать образованию и интенсификации ураганов, нарушая структуру шторма. В то время как климатические модели предсказывают различные региональные изменения в сдвигах ветра, наблюдалось снижение вертикального сдвига ветра над Атлантикой, что благоприятствует более интенсивным ураганам.
Аэрозоли и загрязнение воздуха:] Аэрозоли от промышленных выбросов и вулканической активности исторически охлаждали поверхности океана, отражая солнечный свет и влияя на облака. Эти охлаждающие эффекты частично маскировали потепление в теплицах и повлияли на тенденции ураганов. По мере того, как правила загрязнения воздуха снижают концентрации аэрозолей, этот маскирующий эффект уменьшается, потенциально усиливая потепление и активность ураганов.

Комбинированные эффекты этих факторов создают сложную картину, но исследования атрибуции последовательно находят влияние человека на увеличение интенсивности и количества осадков сильнейших ураганов. Например, знаковое исследование 2020 года, опубликованное в Nature Climate Change, пришло к выводу, что антропогенное потепление отвечает за наблюдаемое увеличение интенсивности самых мощных атлантических ураганов. Knutson et al., 2020

Исторические географические тенденции в ураганной активности

Хотя комплексный спутниковый мониторинг ураганов начался только в 1970-х годах, исторические записи, судовые журналы и палеотемпестологические исследования (которые анализируют геологические свидетельства древних штормов) обеспечивают ценный контекст для понимания долгосрочных тенденций.Эти данные показывают, что географическое распределение ураганов и тропических циклонов претерпело заметные сдвиги в последние десятилетия.

Атлантический бассейн: традиционная точка роста Полуострова

Атлантический бассейн, включающий Карибское море, Мексиканский залив и Восточное побережье США, является наиболее интенсивно изучаемым регионом из-за его высокой плотности населения и экономической важности. Интенсивные сезоны ураганов, подобные тем, которые были в 2005, 2017 и 2020 годах, подчеркнули уязвимость этого региона. Ключевые географические тенденции включают:

Анализ показывает, что средняя широта, где атлантические ураганы достигают максимальной интенсивности, с 1980 года сместилась на север примерно на 50-70 км за десятилетие. Это означает, что штормы все чаще воздействуют на районы средней широты, такие как северо-восточные Соединенные Штаты и юго-восточная Канада, регионы, исторически менее склонные к интенсивным тропическим циклонам.
Увеличение ускорения интенсификации События:] Частота ураганов, подвергающихся быстрой интенсификации, определяемой как увеличение скорости ветра не менее 35 миль в час (56 км/ч) в течение 24 часов, увеличилась. Эта тенденция усложняет прогнозирование и планирование эвакуации, поскольку штормы могут резко усилиться незадолго до выпадения на сушу.
Региональная изменчивость в риске осадков: В то время как Карибский бассейн и побережье Мексиканского залива остаются зонами высокого риска, долгосрочные тенденции частоты осадков ураганов вдоль береговой линии США менее ясны, с естественной изменчивостью климата (например, Атлантическое многовековое колебание), играющее роль.

Тихоокеанские бассейны: смещение траков тайфунов и интенсивности

В Тихом океане находятся самые активные в мире тропические циклоны. Западная часть северной части Тихого океана порождает тайфуны, которые часто влияют на Восточную и Юго-Восточную Азию, в то время как Восточная часть Тихого океана регулярно производит ураганы, которые могут угрожать Мексике, Центральной Америке и Гавайям. Наблюдаемые географические и интенсивные изменения включают:

Западная часть северной части Тихого океана:] Подобно Атлантике, тайфуны показали сдвиг в сторону полюса широты максимальной интенсивности, двигаясь в сторону Восточной Азии.Быстрая интенсификация вблизи суша стала более распространенной, увеличив уязвимость таких стран, как Филиппины, Тайвань, Вьетнам и Япония.
Центральная и Восточная часть Тихого океана:] Более высокие температуры океана расширили область, где могут развиваться штормы, с штормами, отслеживающими дальше на запад и север. Ураган Лейн (2018) был заметным примером, набирая силу из аномально теплых вод и создавая значительную угрозу для Гавайев.

Индийский океан и Южное полушарие: новые тенденции

Хотя тропические циклоны в Индийском океане и Южном полушарии изучены реже, они также демонстрируют изменения в интенсивности и распределении, связанные с изменением климата.

Бенгальский залив: Этот регион, где находятся одни из самых смертоносных циклонов в истории, испытывает более интенсивные циклоны до муссонов, которые приносят экстремальные осадки и штормовые нагоны, угрожая уязвимым прибрежным популяциям в Бангладеш, Индии и Мьянме.
Австралийский регион: Циклонная активность показала небольшую миграцию в сторону полюсов, с штормами, все более затрагивающими побережье Квинсленда и даже юго-восточную Австралию, районы, как правило, менее склонные к тропическим циклонам. Этот сдвиг имеет последствия для готовности к чрезвычайным ситуациям в регионах, исторически не адаптированных к воздействию циклонов.
Южная часть Тихого океана: Наблюдаются аналогичные сдвиги в сторону полюсов в треках циклонов, затрагивающие островные государства, такие как Фиджи, Новая Каледония и Новая Зеландия, которые сталкиваются с растущими рисками, связанными с циклонами.

Эти тенденции подтверждаются последним Шестым оценочным докладом Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) (AR6), в котором освещаются региональные сдвиги и тенденции интенсификации в глобальных бассейнах тропических циклонов. (] Глава 11 МГЭИК AR6]

Наблюдаемые изменения в характеристиках ураганов

В дополнение к географическим сдвигам сами ураганы демонстрируют изменения в ключевых физических характеристиках, что напрямую влияет на управление рисками и реагирование на стихийные бедствия.

Повышение интенсивности шторма

Данные наблюдений убедительно свидетельствуют о росте доли ураганов, достигающих очень высокой интенсивности (категории 4 и 5, с устойчивыми ветрами, превышающими 130 миль в час или 209 км/ч) за последние четыре десятилетия. Исследование 2020 года, опубликованное в Труды Национальной академии наук , показало, что вероятность урагана, являющегося крупным штормом, увеличилась примерно на 8% за десятилетие с 1979 года. Эта тенденция особенно выражена в бассейнах Атлантического и Северо-Западного Тихого океана. Коссин и др., 2020

Более сильные осадки и риски наводнений

Ураганы теперь несут больше влаги, в результате чего беспрецедентные количества осадков, которые вызывают сильные наводнения. Ураган Харви (2017) иллюстрирует эту тенденцию, упав более чем на 60 дюймов (1 524 мм) дождя в некоторых частях Техаса - событие, сделанное примерно в три раза более вероятным из-за антропогенного потепления, как показано исследованиями атрибуции. Увеличение содержания атмосферной влаги с потеплением будет продолжать усиливать показатели осадков в штормах, повышая риски наводнений как для прибрежных, так и для внутренних районов.

Усиленный штормовой натиск из-за повышения уровня моря

Штормовой нагон — аномальный подъем воды, вызванный штормовыми ветрами, — является ведущей причиной связанных с ураганом смертельных случаев и повреждений. Хотя высота нагона в первую очередь зависит от скорости ветра и прибрежной топографии, повышение уровня мирового моря уже увеличило базовые уровни воды примерно на 8 дюймов (20 см) с 1900 года. Это означает, что даже штормы подобной силы производят более высокие и более разрушительные всплески сегодня по сравнению с прошлым, усугубляя риски для низменных прибрежных городов, барьерных островов и устьев.

Быстрая интенсификации: растущий прогноз вызов

События быстрой интенсификации, когда скорость ураганного ветра увеличивается по крайней мере на 35 миль в час в течение 24-часового периода, стали более частыми и представляют значительные проблемы для прогнозирования и реагирования на чрезвычайные ситуации. Эти внезапные всплески штормовой силы оставляют мало времени для своевременной эвакуации. Сезон ураганов в Атлантике 2020 года был примечателен для нескольких штормов, подвергающихся быстрой интенсификации непосредственно перед выходом на сушу, включая ураганы Лаура, Эта и Иота, подчеркивая настоятельную необходимость в улучшенных моделях прогнозирования и стратегиях готовности.

Будущее в разных климатических сценариях

Климатические модели дают прогнозы активности ураганов в течение 21-го века, основанные на различных сценариях выбросов парниковых газов. Хотя неопределенности остаются, особенно в отношении частоты штормов, консенсус заключается в том, что самые сильные штормы станут более интенсивными и дождливыми, с изменением географических моделей.

Прогнозируемые изменения частоты ураганов

Глобальные прогнозы предполагают, что общее число тропических циклонов может оставаться стабильным или даже немного снижаться при продолжающемся потеплении. Этот, казалось бы, парадоксальный результат возникает потому, что в то время как теплые SST способствуют интенсификации шторма, изменения в атмосферной стабильности и структуре циркуляции могут подавлять образование более слабых штормов. Ожидается, что чистый эффект будет меньше штормов в целом, но более высокая доля интенсивных ураганов.

Прогнозируемые изменения интенсивности и силы

По прогнозам, доля ураганов категории 4 и 5 увеличится в глобальном масштабе на 10-20% при сценарии потепления на 2°C. В Атлантическом бассейне некоторые климатические модели предполагают, что число очень интенсивных штормов может потенциально удвоиться к концу века, если выбросы парниковых газов продолжатся без изменений. Максимальные устойчивые скорости ветра в сильнейших штормах, по оценкам, увеличатся на 5-10%, усиливая разрушительный потенциал ураганов.

Прогнозируемые изменения в Storm Tracks

Ожидается, что штормовые трассы сместятся на север и восток, что может уменьшить количество ураганов в Карибском бассейне и на побережье Мексиканского залива, но увеличить воздействие вдоль восточного побережья США, Канады и даже Западной Европы.
Западная часть северной части Тихого океана: Прогнозируется, что тайфуны расширят свое влияние дальше в Восточно-Китайское и Японское моря, увеличивая частоту крупных тайфунов на Корейском полуострове и в Японии.
Южные Индийские и Южные Тихие океаны: Циклонные пути, по прогнозам, будут мигрировать в сторону более высоких широт, затрагивая юго-восточную Австралию и северную Новую Зеландию с большей активностью циклона.

Интенсивность осадков и риски наводнений

Прогнозируется, что уровень осадков в ураганах будет увеличиваться примерно на 7% на каждые 1°C повышения глобальной температуры. Это означает, что в более теплом мире на 3°C штормы могут производить на 20-30% больше осадков вблизи своих центров. Кроме того, некоторые исследования показывают, что ураганы могут двигаться медленнее, продлевая продолжительность осадков в пострадавших районах и ухудшая риски наводнений. Эти изменения потребуют улучшения управления наводнениями и устойчивости инфраструктуры.

Стратегии адаптации и устойчивости к изменению климата ураганов

Эволюция характера ураганов в условиях глобального потепления подчеркивает настоятельную необходимость всеобъемлющих стратегий адаптации и устойчивости. Сообщества, правительства и заинтересованные стороны должны принять активные меры по снижению уязвимости и повышению готовности.

Инвестируйте в береговую оборону: Строительство и обслуживание морских стен, дамб, барьеров для наводнений и восстановление природных буферов, таких как мангровые заросли, водно-болотные угодья и коралловые рифы, может уменьшить воздействие штормовых нагонов и береговую эрозию.
Улучшить системы раннего предупреждения: Улучшенный спутниковый мониторинг, улучшенные прогнозы интенсивности ураганов и модели прогнозирования быстрой интенсификации имеют решающее значение для обеспечения своевременных предупреждений, которые спасают жизни.
Обновление строительных норм и инфраструктуры: Проектирование зданий, дорог и коммунальных услуг для противостояния более сильным ветрам и наводнениям может уменьшить ущерб и способствовать более быстрому восстановлению. Включение зеленой инфраструктуры и природных решений также может повысить устойчивость.
Планирование землепользования и управляемый откат: Ограничение развития в прибрежных зонах с высоким риском и рассмотрение стратегического перемещения уязвимых сообществ могут свести к минимуму воздействие ураганов.
Вовлечение и образование сообщества: Общественные кампании по информированию, учения по эвакуации и просвещение по рискам ураганов позволяют общинам эффективно реагировать во время чрезвычайных ситуаций.
Усилия по смягчению последствий изменения климата: Снижение выбросов парниковых газов остается важным для ограничения будущего потепления и, следовательно, снижения эскалации рисков ураганов в долгосрочной перспективе.

Сочетание этих мер с международным сотрудничеством и инвестициями будет иметь решающее значение для управления растущей угрозой, создаваемой ураганами в условиях меняющегося климата. По мере того, как прибрежное население продолжает расти, интеграция науки о климате в процесс уменьшения опасности бедствий и городского планирования приобретает все более важное значение.