气候变化影响热带气旋和南太平洋极端海平面的区域评估外文翻译资料

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气候变化影响热带气旋和南太平洋极端海平面的区域评估

Kevin J.E. Walsh, Kathleen L. McInnes, John L. McBride

全球和行星的变化80 - 81（2012）149 - 164

（投稿日期 2011年5月，修订日期 2011年10月）

摘要：本文回顾了目前对于气候变化对南太平洋极端海平面变化的影响的理解。该区域包含易受当前气候极端海平面影响的很多地方，预测表明此漏洞将在未来增加。权威报告对全球变暖和全球海平面上升的关系最近出版，热带气旋和ENSO现象也进一步证实这一观点。对于全球平均海平面上升的自信预测是因为空间海平面上升的成分，改变海洋以及影响海平面的区域分布的冰原之间的引力相互作用的地区差异（密度相关）的改进型（质量相关）使得海平面上升。在这一地区的最极端的海平面是由热带气旋生成。最强的热带气旋的强度可能会增加，但很多气候模型项目在本地区的热带气旋数量大幅下降，这可能导致热带气旋的总强度整体下降。但是由此推算，需要使用热带气旋的改进的高分辨率气候模式模拟得到更好的量化。未来ENSO的变化可能导致热带气旋和海洋大的区域的变化以及海平面上升，但这些影响同样没有被妥善地限制。虽然由热带气旋带来的风暴潮在发生区域造成极大的海平面极端现象，其他更频繁的高海平面事件可以从遥远的风暴产生的膨胀产生。由于大气环流被人为影响，海浪气候的变化预计在热带太平洋地区。海平面极端未来的变化将在平均海平面变化，区域海平面趋势，热带气旋的发生率和海浪的组合引起。建议为了应对气候变化增进对这些诱因的研究理解。对于研究适应结果的意义还在讨论当中。

关键词：气候变化，南太平洋，海平面，热带气旋，ENSO

目 录

一．引言hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;150

二．全球趋势和预测hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;151

2.1 ENSOhellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;151

2.2 热带气旋hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;152

2.3 极端海平面事件hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;152

三. 在PCCSP地区观察到的趋势hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;153

3.1 ENSOhellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;153

3.2 热带气旋hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;154

3.3 极端海平面hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;154

四. 对太平洋的预测hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;156

4.1 ENSOhellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;156

4.2 热带气旋hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;156

4.3 极端海平面hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;158

  1. 统计的问题hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;159

六. 研究建议和调整的影响hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;160

致谢 hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;162

参考文献 hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;162

1　引言

世界上没有其他地方比太平洋低洼环礁岛屿国家更容易受到气候变化的影响(图1)，即使在目前的平均海平面，也十分易受极端海平面影响。例如，在1972年，贝贝旋风造成富纳富提极大的损害，留下一大丛珊瑚碎片(Maragos等,1973)。1990年，飓风奥法袭击萨摩亚，激烈的风暴潮淹没许多低洼沿海地区。1997年，由加文旋风引起的风暴潮破坏海堤就斐济瓦努阿岛岛的北部海岸，造成岛上最大的城市地区拉巴萨镇的洪水泛滥。2004年，大风浪伴随着飓风赫塔对纽埃造成巨大破坏，岛上许多基础设施被摧毁(Terry, 2007)。其他显著影响时有发生，凸显这一地区因极端海平面易受洪水袭击。

预测的海平面上升将导致洪水泛滥增加了把人类未来居住在一些太平洋岛国可行性的风险(Mimura等, 2007; Nicholls 和 Cazenave, 2010)。极端的海平面上升，可以说是这一地区从人为的气候变化面临的最显著的威胁(Mimura等, 2007)，然而我们预测未来的这个区域漏洞的能力是有限的。主要的原因是，因ENSO现象的强烈影响，热带太平洋气候已经非常多变(Sarachik and Cane, 2010)。这使得现有的大型际变化趋势很难检测到。此外，在这一地区未来的热带气旋发生的预测通常显示数量大幅在减少，但当前际变化旋风的发生率也非常大(e.g.

Chand and Walsh, 2009)。

最近出版的权威评论关于气候变化对ENSO(Collins等, 2010)，热带气旋(Knutson等, 2010a)，海平面上升和多变(Church等, 2010b)的影响提供了一个重新评估的机会，即极端海平面在南太平洋气候变化的可能影响，因为在当前的环境热带气旋的行为和极端海平面的年际变化都是由ENSO引起。

极端海平面是由天文潮汐和恶劣天气事件（如热带气旋）几个共同作用的结果，从而产生高于沿海的海平面和激烈的风暴潮和海浪(图2)，热带气旋产生是众所周知的，并且许多热带大陆架地区都记录在案，其中，破坏性海平面由逆气压表效应（IBE）和风应力在海陆架形成(e.g. Fritz等, 2007; Dube等, 2009; Harper 等, 2009)。海平面沿着开放海岸可能由波浪破碎流程进一步提高。矛盾的是，充当衰减风暴架条件有利于高的风暴潮倾向于衰减波的贡献，并在风暴架架条件允许的情况下形成一个较大的浪涌波。这是因为宽大且坡度平缓的大陆架导致波变陡，破裂，失去能量和高度从而进一步近海，由此降低了海滨的波高。而另一方面，陡峭的大陆架，比如那些围绕着许多岛屿和环礁的太平洋地区更不利于高的风暴潮，而是可以引起海平面异常大波浪，并已在北部热带太平洋的中途岛被Hoeke (2010)报道。

热带气旋引起的风暴潮往往在接近气旋中心最大风速陆上的区域进行本地化，并集中。虽然具有潜在的破坏性，但他们在任何给定的位置上都是罕见的，因此有助于海平面异常极端尾部的分布。另一方面，通过这样的系统所产生的波浪可在深海中的传播数千公里，且能量损失小，潜在地影响了一大批更遥远的海岸线。因此，他们可能会导致更频繁的海平面异常，虽然这可能是震级较小的风暴潮和局部风浪的综合影响。极端潮汐可预测的时间尺度由于地球，太阳和月球的相对运动而变化。海平面这些短期的上涨可能是在由变异的模式，如ENSO和气候变化所带来的较长期的变化的背景下发生的。虽然构造扰动可能引发海啸也可能导致极端沿海海平面，因不是气候相关，它们不会在此被讨论。

人为气候变化对平均海平面上升，热带气旋与ENSO行为的影响提供了多个途径，极端海平面可能在未来也受到影响。海平面上升是由于气候变暖海洋的热膨胀和冰川融化，冰盖和南极和格陵兰大冰原将会增加那些极端背景海平面事件发生的概率。气候变化还可能通过修改频率改变热带气旋的强度和行为发生的首选地区 (Sugi等, 2009; Bender等,2010; Lavender and Walsh, 2011)。它也可能会影响气候变化的模式，如ENSO反过来可影响背景海平面(e.g. Church 等, 2006; Lowe等, 2010)和气旋行为(e.g. Knutson等, 2010a)。最后，当地的风暴潮的相对贡献，与迫使波与远程产生的膨胀一起，给定的位置促进海平面异常发展将决定气候驱动的变化会迫使影响海平面极端未来变化。气候变化和海平面的异常的各种驱动程序之间的相互作用在图3中示出(图3)。

因此，在这一地区极端海平面热带和亚热带海岛的未来漏洞是本次审查的话题，其目的是提供在划定的太平洋气候变化科学计划（PCCSP）区域未来的影响中最先进定量估计(图1)。北太平洋的近赤道岛屿的脆弱性的总结也包括在内，因为它们接近ENSO，在南太平洋上气候的主要影响作用的中心。在本文的第2节，我们在PCCSP区域给出了全球趋势和预测气象和海洋条件影响的极端海平面的发生率的概述。第3节中包含这些观察到的趋势在PSP区的总结，第4节则是细节和未来趋势的预测。第5节给出预测趋势的分析和理由，为尚存的不确定性进行汇总，而第6节提供了结束语。

2　全球趋势和预测

2.1 ENSO

在热带太平洋地区有众多关于全球气候和气候变化的影响的摘要(Rasmusson和Carpenter,1982; Philander, 1990; Larkin和Harrison, 2001; Sarachik和Cane, 2010)。本文就不再重复这项工作，但将集中研究PCCSP地区热带气旋发生变化的全球主要驱动和极端海平面。

在全球的影响下，ENSO是气候变化的全球最重要的方式，但在它的起源地太平洋效果最强。在过去的几十年中所观察到的全球气候变暖现象已有假说认为那段时间对ENSO也产生一些影响，但人类活动对ENSO造成影响的假设还没有强有力的证据 (Collins等, 2010)。一个问题是，不稳定的耦合系统引起ENSO可以在十年或百年时间尺度里发生内部变化，由此可以模仿气候变化的预期影响。Vecchi and Wittenberg(2010)指出，漫长的气候模式模拟，不受温室气体排放的任何改变的胁迫，使ENSO频率和幅度在百年尺度内发生较大的变化。 此外，仪器和代理气候记录显示，已有超过近千年的时间人为强迫不太可能观测到ENSO频率和幅度实质性变化(Cobb等, 2003)。

鉴于目前还不清楚在厄尔尼诺事件在过去一个世纪的特性的变化是否超出其自然变异，因此很难说在过去一个世纪中所观察到的全球变暖是否已经改变了ENSO。对于未来的预测，ENSO的GCM预测也受到了一些问题而受到阻碍。虽然ENSO的气候模型模拟已经在过去十年中显着提高(Guilyardi等, 2009)，但是大多数模型有一个赤道纬向风应力，它太强大以至于赤道沿线造成过度浪涌。这会导致模拟赤道海面温度持久负偏压，也就是熟知的“偏冷舌”。这样会影响PCCSP地区的主要大型雨带的模拟位置，即热带辐合带（ITCZ）和南太平洋辐合区（SPCZ）(Vincent, 1994)。模块也可在未来的ENSO事件的预测中发生很大改变，因此很难就其未来的行为达成共识投影。

未来气候变化的评估的复杂之处是，如太平洋十年涛动(Mantua等, 1997)或它的时间过滤，太平洋宽版的年代际太平洋涛(IPO; Power等, 1999)在ENSO证据充分的年代际变化的这一区域的存在。这些年代际振荡可能会导致一个或ENSO的另一阶段是在亚太地区多年的更加频繁，对热带气旋的形成和行为模式相关联产生影响(e.g. Callaghan和Power, 2010)。一个相关的问题是，大的年代际变化可以使气候变化的检测和模拟更加困难。

2.2 热带气旋

对科学观察到的热带气旋的趋势和预测的状态已经由Knutson等. (2010a)总结了。尽管近几十年来一些给出证据表明热带气旋活动大量增加被引论文十分热门，他们的结论是“过去热带气旋活动的变化是否已经超出了可变性是由自然原因引起的仍然不明朗”(Emanuel, 2005; Webster等, 2005; Elsner等, 2008)。有两种不确定的原因：a）在热带气旋发生频率和强度的大幅度波动的检测和长期趋势都归因于大气中的温室气体水平不断提高 (e.g. Goldenberg等,2001; Wu等, 2005; Bell 和 Chelliah, 2006; Mann 和Emanuel,2006; Chan, 2007; Kossin 和 Vimont, 2007; Briggs, 2008)；b）因热带气旋的可研究性和质量的巨大限制，趋势检测成为进一步的阻碍。例如，在南太平洋地区，热带气旋数目可靠的记录同时观察到最佳轨道强度要追溯到1981/1982赛季结束后，这个地区由于常规地球同步卫星的问世延长只有等到1970 (Kuleshov等, 2010)年左右才能观察到结果。

关于预测，Knutson 等(2010a)指出理论和高分辨率的动态模型一致表明温室效应会导致热带气旋的全球平均强度以实现更强的风暴转移，到2100年将会增大到11%。他们还指出，高分辨率的模拟研究的一般项目是大幅增加的飓风的频率，伴随着风暴中心的100公里之内的沉淀率有20％左右的增长。因此，他们总结评估有些增加气旋的平均最大风速和最激烈的（稀有/高抗冲）气旋的频率将有可能增加。然而，他们指出，在不存在在现有观测记录的可检测的改变的情况下，作出这样的评估主要取决于理论和模拟研究。

热带气旋的总数，包括不是很剧烈的，建模研究一致预测的全球范围内下降6％至34％。因此 Knutson等(2010a)总结道：“很有可能热带气旋的全球频率要么减少要么由于温室效应基本保持不变。对于个别流域的预期变化我们不是很有信心。”其中一个原因是尽管在预测海洋表面温度（SST）的上升方面用模型预测深对流的发展要有信心，但是热带气旋数预计不会增加（即高层云云与顶部对流层顶附近）。 Johnson和Xie (2010)给予有力的证据表明，这种最低门槛的海表面温度在过去几十年中一直在上升，并且在未来的预测近期的上升趋势。

尽管Knutson等人警示过在独立的盆地中，南半球热带气旋活动减少的预测是从当前的气候模

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