波浪数据让我们为飓风做好准备

关于今年飓风伊恩的新闻报道读起来令人沮丧。新闻头条报道了居民返回被夷为平地的房屋，死亡人数不断上升，基础设施遭到巨大破坏。由于其影响主要集中在北大西洋飓风盆地的佛罗里达州，500亿美元的损失账单如此之大，据美国有线电视新闻网(CNN)报道，它可能会“削弱”美国GDP增长。至少有137人死于这一天气事件，(据一些媒体估计)由于气候变化的影响，天气状况恶化了10%。

尽管飓风伊恩对新闻周期的影响和曝光率很高，但它只排在第23位^{理查德·道金斯}这是有史以来袭击美国最严重的飓风之一。就造成的所有大屠杀而言，它与2005年造成1800多人死亡的卡特里娜飓风(Hurricane Katrina)或2017年造成近3000人死亡的玛丽亚飓风(Hurricane Maria)相比要小得多。大西洋飓风季节-正式从6月初延伸到11月底-是国家飓风中心对发展中的天气系统发出警告的时候。虽然这些灾难的规模各不相同，但每年都会发生。自从有记录以来，只有两年没有发生飓风:最近一次是在1914年。

在飓风伊恩的余波中，BBC报道称“随着批评的增加，佛罗里达死亡人数上升”。这指的是政府层面对灾难的反应，特别是事后疏散的指责。佛罗里达州的李县有55人死亡，是受灾最严重的地方之一，佛罗里达州州长罗恩·德桑蒂斯称其为“归零地”。关于如何处理紧急情况的指责集中在疏散令的发布时间上，批评者称该命令发布得太晚了。反过来，德桑蒂斯批评了批评者，声称他们事后诸葛光，“每个人都想把重点放在一个可能会有不同做法的计划上。”同样，李县警长Carmine Marceno也为紧急响应协议进行了辩护:“我百分之百地支持我的县专员和县长。我们在同一时间做了该做的事。我不会改变任何事情。”

鉴于北大西洋飓风盆地(包括美国大西洋沿岸、墨西哥湾沿岸、墨西哥、中美洲和加勒比群岛)有长达一个世纪的年度飓风不间断记录，迫切需要更好的飓风袭击相关预测数据。

北大西洋飓风盆地包括哥伦比亚的圣Andrés群岛、普罗维登西亚群岛和圣卡塔琳娜群岛，这些群岛在2020年都在两周内相继遭受重创。哥伦比亚政府估计，除了房屋损失之外，普罗维登西亚岛98%的基础设施——包括道路、水、卫生设施和医疗中心——也遭到破坏。虽然2022年代表着盆地的大规模破坏，但2020年是有记录以来最活跃的大西洋飓风季节。有30个热带风暴严重到足以被命名，其中14个发展成飓风。2020年11月，其中两场飓风——埃塔和Iota(均为4级风暴，风速为155英里/小时(250公里/小时)——袭击了这个南美国家的加勒比群岛。

由于缺乏任何气象和海洋观测网络，对影响哥伦比亚的飓风采取的适应和缓解措施历来受到阻碍。为了克服这一缺点，帮助当局更好地规划和准备未来的极端天气事件，哥伦比亚国立大学的研究人员与环境机构Coralina (San群岛可持续发展公司Andrés)达成了一项技术协议，使用声波和电流剖面仪(AWACs)收集的数据。

这项合作将通过使用建模工具与科学仪器设计师和制造商Nortek开发的预警机一起改进哥伦比亚的飓风准备措施。这项工作是由哥伦比亚国立大学(Medellín和Caribe校区)以及其他学术机构的研究人员开展的，包括哥伦比亚-德国海洋科学卓越中心CEMarin和大学Medellín。

哥伦比亚国立大学海洋学和海岸工程研究小组的Fernando Osorio Arias博士Andrés(也是CEMarin的执行主任)说，这些模型的数据被用于预测群岛的三个主要岛屿San Andrés、普罗维登西亚和圣卡塔琳娜的飓风脆弱性。奥索里奥·阿里亚斯教授说:“这种信息为人们回答了重要的问题。”“我们有危险吗?”我们要等等吗?我们应该搬到山的另一边去吗?我们应该在哪里花钱来适应飓风?”

Osorio Arias继续解释说，目前在哥伦比亚进行的研究是至关重要的，因为在实地收集的数据可以导入实验室，在实验室规模上重现条件，从而更好地控制不同的参数。“通过现场和实验室数据，你可以开发新的方程、新的参数和对物理过程的新理解，以改进模型。”

为了预测强风、强降雨、风暴潮和巨浪等综合因素对岛屿的影响，奥索里奥·阿里亚斯(Osorio Arias)和他的研究团队采用了一系列开源数值模型:气象研究与预报(WRF)用于大气过程，WAVEWATCH III和SWAN用于海洋过程，XBeach用于海岸过程。Osorio Arias说:“我们使用这些模型来重建过去发生的飓风，并预测尚未发生的情景——飓风的合成情景。”他接着解释说，通过将实地观察与数学和统计学相结合，“我们可以模拟现实世界的情况。虽然用于研究的数值模型通常是稳健的，但它们确实需要验证和校准以提高其准确性。这在观察局部尺度时尤其重要，例如在群岛中，生物物理特征可以改变水动力学。我们的目标之一是开发参数化，例如，在数值模型中再现珊瑚系统或海草的厚度和粗糙度，”Osorio Arias说。

收集真实数据需要在圣Andrés岛和普罗维登西亚岛周围的水域安装水面浮标和潜艇固定框架预警机。该团队有两台设备可供使用:一台AWAC 600kHz声学多普勒电流剖面仪(ADCP)和一台AWAC 1MHz ADCP。两者都收集电流剖面和方向波数据，但最大深度范围不同。深度范围为35m, 1MHz版本最适合较浅的水域，但要实现高达50m的深度范围，600kHz是最合适的。

这些仪器提供的海洋学数据对这项工作至关重要。奥索里奥·阿里亚斯(Osorio Arias)说:“了解真实世界中整个水柱所经历的速度通常与数值模型相匹配不仅至关重要，而且对于确保飓风重建和合成场景准确地复制条件也至关重要。”例如，泥沙运输是由这些不同的速度和海岸的形态控制的。我们的风险预测取决于飓风情景中速度的准确程度。”

根据Osorio Arias的说法，在普罗维登西亚和圣Andrés使用预警机进行的数据收集现场工作已经证实，研究人员的海洋学数值模型很好地复制了群岛的条件。有了这些信息，研究人员可以自信地模拟历史上的飓风——包括埃塔和Iota——并创建具有不同轨迹和强度的合成飓风场景。这些重建和合成场景使研究人员能够预测哪些地点在一系列飓风强度和轨迹中最脆弱。”研究表明，脆弱地区包括圣Andrés岛的北部沿海地区，模拟表明，该地区将面临沿海洪水的特别风险。在普罗维登西亚，研究显示了进一步的脆弱性，因为圣卡塔琳娜岛的邻近影响了该地区波浪的大小。

在哥伦比亚进行的学术实地调查，似乎与飓风伊恩在北美大西洋海岸留下的破坏痕迹相距甚远。但由于这两个地点都位于同一个热带气旋盆地，Osorio Arias和他的团队为协助飓风准备和缓解所做的任何研究都可以为在地理上更广泛地了解如何为未来的飓风系统做好准备提供重要的投入。

在过去的40年里，飓风的强度明显增加，这可能会变得更加紧迫。数据显示，1979年至2009年间，全球热带气旋达到萨菲尔-辛普森等级3至5级的可能性增加了8%(见“飓风强度和损害类别”)，而在大西洋，这一比例为49%。这与发表在《美国气象学会公报》上的研究结果一致，指出人类引起的气候变化可能造成的后果是热带气旋在风速和降雨量方面的加剧。与此同时，账单不断上涨。美国海岸管理办公室(Office for Coastal Management)表示，“过去5年的总损失(7421亿美元)超过过去42年灾难总损失(2.155万亿美元)的三分之一”。N

根据英国气象局的说法，“飓风是地球上最强大和最具破坏性的气象系统之一”，其特征是一个快速旋转的风暴系统，具有低压中心，封闭的低层大气环流，强风和产生暴雨和狂风的螺旋状雷暴排列。飓风——更准确地说，是“大西洋飓风”——在技术上是一种热带气旋，这个术语是台风、热带风暴或气旋的同义词。使用哪一种完全取决于天气事件的地理位置。在大西洋，它们被称为飓风。

当谈到命名的原因时，英国气象局表示，命名系统“使气象学家和公众之间的沟通更容易”。英国气象局指出，尽管它也对从大西洋抵达英国的风暴采用了类似的命名惯例，但这是“为了帮助向公众传达预报和警告，而不是因为这些风暴与热带气旋的强度相同”。