【特刊】科學教訓:峰值風強度、最高海平面和極端高溫

事件發生後,氣象局對該超強颱風進行分析,“颱風‘天鴿’在登陸澳門前快速增強。這一現象是由數項氣象要素共同作用形成,當中包括南海北部海面異常偏暖,伴隨高層輻散流出氣流的加强、華南北部相對較低的高低空環境風垂直切變”。然而,除了氣象局在回應記者時提供的上述解釋外,也有其他研究試圖解釋當天發生的一切。

《商訊》2022年8月特刊 | “天鴿”吹襲五周年


2017年8月23日,颱風“天鴿”在登陸澳門的前3個小時內急速增強了10節(kt)……。“天鴿”憑藉超過50ms-1 的地表風速重創了這座城市,對社會和經濟造成前所未有的破壞和影響。這項研究發現,深度少於30米的近岸淺水區異常溫暖的海洋條件或對“天鴿”的快速集約化發揮了關鍵作用,尤其是颱風在臨界登陸點產生的海面溫度(SST)冷卻估計僅為0.1-0.5°C。透過簡單的海洋混合模擬方案和全動態海洋模型,得出的結果顯示,由於海洋深處缺乏冷水,淺水區的海面溫度冷卻被最小化。近岸水域的海面溫度幾乎不變,估計颱風在登陸期間產生了大量熱通量,例如1,900 W/m2。實驗顯示,在沒有淺水深測量的情況下,若標稱冷水可用於垂直混合,海面溫度冷卻則從0.1°C飆升至1.4°C,海氣熱通量減少約四分之一。

大氣模型的數值模擬顯示,“天鴿”的強度對沿海地區的海氣熱通量尤為敏感,表明沿海海洋水文學的重要性 [Pun I-F, Chan JCL, Lin I-I, Chan KTF, Price JF, Ko DS, Lien C-C, Wu Y-L, Huang H-C.《Rapid Intensification of Typhoon Hato (2017) over Shallow Water. Sustainability》2019; 11(13):3709. https://doi.org/10.3390/su11133709]

在這項研究中,利用一個3D近岸水動力模型……詳細分析2017年8月颱風“天鴿”期間珠江口潮汐相互作用的特徵和機制。為了區分珠江口天文潮、風暴潮和潮汐相互作用導致的水位變化,研究團隊分別採用三種不同類型的模型。結果顯示,除潮汐調節效應外,暴潮偏差的強潮汐調節以及潮汐相位的改變均會影響風暴潮潮位峰值。為了以數據統計的方式評估三個非線性過程在潮汐相互作用中所作的貢獻並量化其相對重要性,該項研究使用了大量“消去”法和新的“新增”方法進行測試(……)。採用“新增”法進行詳細分析並得出以下結論:二次底部摩擦、淺水效應和非線性平流效應在河口潮汐相互作用中的重要性排列分別為第一、第二和第三。 [Zheng P, Li M, Wang C, Wolf J, Chen X, De Dominicis M, Yao P and Hu Z (2020) Tide-Surge Interaction in the Pearl River Estuary: A Case Study of Typhoon Hato. Front. Mar. Sci. 7:236. doi: 10.3389/fmars.2020.00236]

2017年8月23日,三級颶風“天鴿”橫掃中國南部。在受災最嚴重的城市中,澳門經歷了自1925年以來最嚴重的洪水。本文展示一張高分辨率測量地圖,記錄澳門278個不同地點的洪水深度和距離。半個澳門半島被洪水淹沒,範圍主要受丘陵地形限制。內港一帶受災最嚴重,海岸最大淹沒深度為3.1米。……其中一項重要的觀察結果是,無論“天鴿”登陸期間的潮位如何,內港地區始終都將被淹沒,最大的淹沒深度可達半米至1米。另一方面,雖然“天鴿”期間錄得的風暴潮高度和淹水面積均寫下了歷史峰值,但若潮位水平進一步升高的話,或造成更致命的後果。因此,在為未來沿海地區設計防洪防風策略時,如將“天鴿”造成的影響視作最壞情況,則應深思熟慮。在考量海平面上升水平時尤其如此,因為無論海平面上升0.5米,還是1米,都將顯著地加劇澳門大部分地區洪水的嚴重程度,包括漲潮和低潮。[Li, L., Yang, J., Lin, C.-Y., Chua, C. T., Wang, Y., Zhao, K., Wu, Y.-T., Liu, P. L.-F., Switzer, A. D., Mok, K. M., Wang, P., and Peng, D.: Field survey of Typhoon Hato (2017) and a comparison with storm surge modeling in Macau, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 18, 3167–3178, https://doi.org/10.5194/nhess-18-3167-2018 , 2018.]

研究以2017年3級颱風“天鴿”給珠三角地區帶來的破壞和潛在危害為主題。結果顯示,風流是受熱帶氣旋影響的關鍵參數之一。在“天鴿” 2017年8月23日逼近珠三角和登陸期間,深圳站觀測所得的數據分別是中強度西南風和輕微北風轉變為強東風。地表和300米高處的風強峰值分別達到17 m s-1 和 30 m s-1 以上。在距登陸地點最近的珠海,當天實地觀測記錄顯示,最大風速和最大陣風分別達到29.9 m s-1和50 m s-1以上,創歷史新高,打破了2012年強颱風“韋森特”吹襲期間錄得的最高強度。受到風暴潮和天文潮的加持,2017年 8月23日期間最高海平面在香港以西發現,上升幅度超過3.9米。8月22日,即“天鴿”登陸前一天,錄得極端高溫,深圳、澳門和香港的日最高氣溫分別為38.4C、38C和36.9C。根據深圳站溫度記錄計算的熱量指數,高溫危害達到“危險”水平。此外,8月21日的空氣質量明顯惡化,香港的空氣污染濃度迅速上升至之前水平的1倍。“天鴿”登陸前,觀測到的熱帶氣旋引起的下沉運動、內陸平流和雲量較少等現象都可能是導致極端高溫和空氣質量差的因素。本案例研究顯示,“天鴿”除了登陸時對珠三角造成破壞,還帶來了極端高溫和惡劣的空氣質量。[Eric C. H. Chow, Min Wen, Lei Li, Marco Y. T. Leung, Paxson K. Y. Cheung and Wen Zhou: Assessment of the Environmental and Societal Impacts of the Category-3 Typhoon Hato, Atmosphere 2019, 10(6), 296; https://doi.org/10.3390/atmos10060296 ]

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