罕见天气事件如今年1月袭击美国东北部的“炸弹旋风”正在变得更加频繁。

图片来源：Scott Eisen

2017年9月8日，Thomas Wahl到达英国伦敦盖特威克机场登机，他乘坐的那趟飞往美国佛罗里达州奥兰多的航班几乎是空舱。作为佛罗里达中央大学的一名海岸工程师，Wahl知道他的家乡正在经历什么：5级飓风艾尔玛，这场飓风已经袭击了加勒比海大部分地区。无论如何，他还是登上了飞机。他说：“只有我、飞行员和一些不在乎的迪士尼游客乘坐那趟航班。”

艾尔玛带来的强降雨和强风导致佛罗里达数十人死亡。Wahl在他的一居室公寓里度过了这场风暴，这次经历是一个难得的机会，让他亲眼目睹了长期以来一直担心的一种现象：极端海平面——当风暴潮、涨潮和海浪结合时会发生的情况。

极端海平面事件会使洪水淹没海岸栅栏、家园以及重要基础设施。这些情况已经发生了。例如，路易斯安那州新奥尔良和周边地区仍未从2005年卡特里娜飓风造成的1000多亿美元的损失中恢复，而在佛罗里达州杰克逊维尔市，艾尔玛飓风淹没了两米以下的部分城市地区，导致居民被困，桥梁以及城市国际机场被关闭。

在全球范围内，随着冰川和冰盖融化以及变暖海水的扩张，海平面平均每年上升3毫米多。研究人员通常专注于了解海平面上升的原因和速度。但不断膨胀的海平面也会影响到极端海平面，并带来毁灭性影响。在未来几十年里，百年一遇的洪水可能每一到两年就会发生一次。在整个欧洲，沿海洪灾的成本到2100年可能会上升超过20倍。在一些地区，百年一遇洪水的强度或将变得更加严峻。

Wahl和一些同事表示，需要更多科学家关注这些灾难性事件的变化，以及它们如何影响生活在海岸附近的人们。通过梳理历史记录和使用模型估计风险，Wahl和其他人在预测此类事件的危险方面已取得长足进步。

梳理记录

1978年2月6日，一场历史性暴风雪降临新英格兰。大雪让司机被困。涨潮加上风暴潮让沿海房屋像玩偶之家一样被摧毁。据报道，灾难导致54人死亡，数千栋建筑被毁。

波士顿港的官方潮汐测量记录显示，水位在12小时内上升了大约1米（不计算潮汐在内），达到当地史上最高水位之一。这只是世界各地测量仪器收集到的众多记录中的一个，它们捕捉到每天潮水的涨落，以及受风暴驱动的巨浪。

2009年，由英国利物浦国家海洋研究中心的Philip Woodworth领导的研究小组决定将尽可能多的记录整合到一个定制的全球数据库中。该小组关注至少每小时进行一次的测量，这样的频率足以准确捕捉到迅速变化风暴中的高水位标志。

这个被称为全球极端海平面分析（GESLA）项目的数据库已成为分析极端海平面如何随时间变化的主要资源。它表明自1970年以来，世界各地极端海平面的规模和频率都在增加。例如，在一些地方，构成50年一遇洪水事件的降雨量每10年增加了10厘米以上。在2016年更新后，GESLA现包含世界各地的1355条记录，超过39000个站—年期（站点数量乘以记录长度）。其中，大多数数据来自20世纪后半叶。

大部分问题来自于平均海平面的上升。随着海洋相对海岸线越来越高，未来的风暴潮会更容易达到创纪录的高水位。其他因素也影响着极端海平面。长期大气环流模式也在发挥作用；例如，强厄尔尼诺现象会影响水量，从而增加美国西海岸高海平面的可能性，并使其在热带西太平洋地区减少。陆地和海洋相对高度的变化也很重要；自从上个冰河时代末期冰川严重消失以来，斯堪的纳维亚半岛大部分海岸都在缓慢上升。在南亚，恒河—布拉马普特拉三角洲正在下沉，因其沉积物变得致密。

时间回溯

研究人员还发现了一些有助于了解距离现在更近的洪水的极端事件。例如，他们发现1909年的一场风暴导致了与1978年的暴风雪一样多的洪水。“档案研究表明，1978年的事件其实并非那么反常。”俄勒冈州波特兰州立大学海洋学家Stefan Talke说。

但这两个高水位标记均被今年1月份波士顿的“炸弹旋风”超越，该事件从海平面积蓄能量，造成海堤破坏，将冰冷的海水倒灌入居民区。不久前，另一场强大的冬季风暴在波士顿地区造成了接近纪录水平的洪水，而且就发生在上次打破纪录两个月之后。

Talke与其他科学家以及美国陆军工程兵团（负责联邦海岸工程）等机构的官员分享了他的发现。他希望，通过了解长期趋势，能够更好地就适应未来高水位做出决策。

一旦掌握了过去极端事件的数据，研究人员有几种方法预测极端事件发生的频率。最简单的方法是使用一种叫作康拜尔分布（或称极值Ⅰ型分布）的方式。政府间气候变化专门委员会（IPCC）最近关于海平面上升的报告就使用了该方法，以计算在各种温室气体排放情况下，洪水再次发生的频率。但Wahl认为，这相对简单，但在捕捉极端事件方面做得并不充分。

纽约市咨询公司ICF国际的气候变化专员Maya Buchanan和同事最近采用了一种不同的方法，即广义的帕累托分布，将所有每小时水位观测数据合并到超过99百分位以上。这意味着更多的数据点，因此随着时间发展会获得相关变化更准确的描述。该小组研究了美国国家海洋与大气管理局（NOAA）所有潮汐测量记录，这些记录可追溯到至少30年前，然后将这些数据与海平面上升的分析相结合，以预测洪水在不同地点发生的频率，以及洪水会有多大。

本质内容很简单。“洪水将会变得更加频繁。”Buchanan说。但分析也显示，美国周边地区的海岸将会有不同的表现。在诸如纽约和南卡罗来纳州查尔斯顿等东部城市，一些小洪水会变得更加频繁。相比之下，诸如华盛顿州西雅图和加州圣地亚哥等西部城市会出现由极端天气带来的更频繁的洪水。由于西部普遍有更陡峭的海岸斜坡，这些斜坡往往会保护居民。但不断上升的海平面正在为超越这些保护屏障提供动力。

不同地区之间的差异显而易见。例如，如果查尔斯顿海平面上升了半米，那么今天的百年一遇的洪水可能会达到16倍。而在西雅图，这一比率上升到335倍，使其可能成为每4个月发生一次的事件。

预测难题

由于温室气体排放升高情况存在不确定性，对极端洪水的预测也模棱两可。在首次预测极端海平面如何影响欧洲海岸时，研究人员去年计算得出，百年一遇洪水的降雨量到2100年可能会增加57~81厘米。但这是整个欧洲的平均值。在北海地区，伴随着较高的排放率，极端海平面可能会上升近1米。葡萄牙海岸和卡迪兹海湾实际上可能会看到极端海平面的下降，这在一定程度上是由于驱动风暴潮和海浪的极端风的减弱所致。

进行这项分析的团队、由意大利伊斯普拉欧洲联合研究中心海洋学家Michalis Vousdoukas领导的研究组，已经将注意力转向计算经济影响。去年12月，Vousdoukas在新奥尔良举行的美国地球物理联盟会议上报告称，河流洪水造成的损失到2100年将从占欧洲国内生产总值的0.04%上升到0.1%。但沿海洪水造成的损失将从目前的0.01%上升到0.29%~0.86%之间。他说：“沿海洪水成为未来最重要的自然灾害之一。”

Wahl说，了解情况会有多糟糕、极端海平面会有多极端，将是这一研究的主要组成部分。“我认为根据我们所知道的已经可以提出建议。”

Wahl说，现在开始行动至关重要，因为适应可能需要一段时间。例如，伦敦附近的泰晤士洪水堰帮助防止洪水泛滥，但从1953年毁灭性洪水发生后提出概念开始到1982年开始运作，其间经历了数十年。Wahl说，社会不能等那么久才开始为极端海平面的影响做准备。“我们现在需要做出一些决定。”（冯维维编译）