2017年9月8日，Thomas Wahl在倫敦蓋特威克機(jī)場(chǎng)登上了一架幾乎沒(méi)什么乘客的航班前往佛羅里達(dá)州的奧蘭多。作為中佛羅里達(dá)大學(xué)的一名海岸工程師，Wahl知道已經(jīng)橫掃加勒比海大部分地區(qū)的5級(jí)颶風(fēng)厄瑪正朝著他的家鄉(xiāng)移動(dòng)。即使是這樣，他還是上了飛機(jī)。他說(shuō)：“飛機(jī)上只有飛行員、一些不在乎天氣的迪士尼游客和我。”
極端的海平面事件使洪水沖破海岸屏障，淹沒(méi)人們的家園和關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施。這些事情都已發(fā)生，例如，路易斯安那州的新奧爾良及周邊地區(qū)仍未從2005年颶風(fēng)卡特里娜造成的超過(guò)1000億美元的損失中恢復(fù)過(guò)來(lái)；在佛羅里達(dá)州的杰克遜維爾，厄瑪將部分城市淹沒(méi)在2米深的水中，困住了居民，并導(dǎo)致橋梁和國(guó)際機(jī)場(chǎng)關(guān)閉。
在全球范圍內(nèi)，因?yàn)楸ê捅w融化及海水升溫導(dǎo)致的膨脹，平均海平面每年上升超過(guò)3毫米。研究人員通常側(cè)重于研究其上升的原因和速度。但海水膨脹也會(huì)導(dǎo)致極端海平面，并造成災(zāi)難性危害。在未來(lái)的幾十年里，百年一遇的洪水可能每一兩年就會(huì)發(fā)生。到2100年，整個(gè)歐洲沿海洪災(zāi)造成的損失將增加20倍以上。在一些地區(qū)，百年一遇的洪水的強(qiáng)度也將繼續(xù)增加。
Wahl和幾個(gè)同事們說(shuō)，更多的科學(xué)家需要注意到這些災(zāi)難性事件正在轉(zhuǎn)變的本質(zhì)，以及它們將如何影響那些生活在海岸邊的人們。他說(shuō)：“這樣的洪水將是人類未來(lái)面臨的最大威脅之一。當(dāng)我們討論洪水風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，在某種程度上我們必須做出極端分析。我們擔(dān)心的正是那些高影響、低概率的事件。”
通過(guò)梳理歷史記錄和使用模型來(lái)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，Wahl和其他人在預(yù)測(cè)這些事件的風(fēng)險(xiǎn)上取得了大幅進(jìn)展。結(jié)論隨地點(diǎn)而異。一些沿海地區(qū)面臨極端海平面事件的危險(xiǎn)增加，另一些地區(qū)則可能更容易出現(xiàn)“煩人的”洪水泛濫——淹沒(méi)街道、使居民生活困難，但整體上沒(méi)有太大危害。
紐約ICF國(guó)際咨詢公司的氣候變化專家Maya Buchanan說(shuō)，社區(qū)需要這些知識(shí)來(lái)幫助他們做好準(zhǔn)備。官員們可以通過(guò)改善排水和其他基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)解決煩人的洪水。但為了應(yīng)對(duì)極端事件，還需要更多措施：建筑堤壩或加厚加高海堤。總共有3億名沿海居民面臨極端氣候的風(fēng)險(xiǎn)。Buchanan說(shuō)：“這對(duì)決策者和全社會(huì)都極其重要。”
梳理記錄
1978年2月6日，一場(chǎng)歷史上罕見(jiàn)的暴雪降臨新英格蘭。暴雪困住了司機(jī)。巨大的浪潮與風(fēng)暴潮把沿海的房屋像是玩偶屋一樣輕易拋起�？偣灿�54人喪生，數(shù)以千計(jì)的建筑物被毀。
波士頓港的官方潮汐記錄顯示，除去潮汐，當(dāng)天水位在12小時(shí)內(nèi)上升了大約一米，這是該地區(qū)有記錄以來(lái)最高的水位線之一。它只是世界各地眾多記錄了每日潮汐的漲落和風(fēng)暴驅(qū)動(dòng)潮的水位采集記錄中的一個(gè)例子。
2009年，英國(guó)利物浦國(guó)家海洋學(xué)中心的Philip Woodworth的團(tuán)隊(duì)，決定盡可能多地收集這些記錄，以形成一個(gè)定制的全球數(shù)據(jù)庫(kù)。該小組將重點(diǎn)放在那些每小時(shí)至少進(jìn)行一次測(cè)量的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@能夠準(zhǔn)確地捕捉到在快速變化的風(fēng)暴中的高水位。
該數(shù)據(jù)庫(kù)被稱為全球極端海平面分析（GESLA）項(xiàng)目，現(xiàn)已成為分析極端海平面如何隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)首選來(lái)源。該數(shù)據(jù)庫(kù)顯示：自1970年以來(lái)，世界各地極端海平面的上升幅度和頻率都在增加。例如，在某些地方，50年一遇洪水的高度每十年增加超過(guò)10厘米。
主要原因是平均海平面的上升。隨著海水相對(duì)海岸線越來(lái)越高，來(lái)襲的風(fēng)暴潮就更容易泛濫至高水位。據(jù)估計(jì)，在2012年颶風(fēng)桑迪對(duì)紐約市造成的近120億美元的損失中，海平面上升造成的損失超過(guò)20億美元。
其他因素也影響著極端海平面，長(zhǎng)期的大氣環(huán)流模式就是其中之一；例如，強(qiáng)烈的厄爾尼諾現(xiàn)象增加了美國(guó)西海岸高海平面的概率，同時(shí)降低了熱帶西太平洋高海平面的概率。陸地和海洋相對(duì)高度的變化也很重要，自從上一個(gè)冰河時(shí)代末期巨大的冰川消失后，斯堪的納維亞的大部分海岸都在緩慢上升。在亞洲南部，恒河-雅魯藏布江三角洲卻正在沉沒(méi)，因?yàn)槠涑练e物逐漸壓縮。
GESLA在2016年進(jìn)行了更新，現(xiàn)在包含了來(lái)自世界各觀測(cè)站點(diǎn)的1355項(xiàng)記錄，總計(jì)超過(guò)39000站年（站的數(shù)量乘以記錄的時(shí)長(zhǎng)）的數(shù)據(jù)。大部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自二十世紀(jì)的下半葉。但對(duì)于那些想改進(jìn)長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的研究人員來(lái)說(shuō)，這還不夠長(zhǎng)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)回溯觀測(cè)記錄，可以推測(cè)出未來(lái)（最遠(yuǎn)到已有歷史的四倍時(shí)間）事件發(fā)生的頻率。幾十年的數(shù)據(jù)不足以預(yù)測(cè)未來(lái)10000年里的洪水事件，但這對(duì)一些社區(qū)和核電站等敏感基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)說(shuō)卻是必需的。
在俄勒岡的波特蘭州立大學(xué)的海洋學(xué)家Stefan Talke一直專注于擴(kuò)展美國(guó)水位的歷史記錄。美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）在全國(guó)大部分地區(qū)都設(shè)有檢潮儀。它的記錄涵蓋二十世紀(jì)的大部分時(shí)間，但最早可以追溯到十九世紀(jì)。Talke與其同事和學(xué)生前往全國(guó)各地，尋找那些NOAA還沒(méi)有系統(tǒng)地進(jìn)行數(shù)字化的潮汐模型和風(fēng)暴潮的信息。“我們對(duì)未來(lái)會(huì)怎樣都很感興趣。”Talke說(shuō)，“但如果我們不能盡可能地了解過(guò)去，又怎么能去預(yù)測(cè)未來(lái)呢？”
Talke和他的同事們已經(jīng)研讀了大量的手寫數(shù)據(jù)表和描述測(cè)量是如何進(jìn)行的附注。這些附注對(duì)評(píng)估數(shù)據(jù)的質(zhì)量至關(guān)重要；它們記錄了時(shí)鐘故障、冰堵儀表和醉酒觀察者進(jìn)行可疑測(cè)量的情況�？傊�，研究人員回收了大約300000份文件，多于6500個(gè)站年里丟失或被遺忘的測(cè)量數(shù)據(jù)的量。
例如，在波士頓，他們找到了1921年（現(xiàn)代NOAA記錄開(kāi)始的年份）以前50年的記錄并將之?dāng)?shù)字化。從這些數(shù)據(jù)甚至是更早期的數(shù)據(jù)中，他們計(jì)算發(fā)現(xiàn)：19世紀(jì)20年代至今，波士頓海平面相對(duì)陸平面上升了28厘米。伴隨著這種上升幅度，極端事件越發(fā)常見(jiàn)：在19世紀(jì)20年代里百年一遇的事件，在如今更像是一個(gè)八年一遇的事件（見(jiàn)“逼近的洪水”）。
回到過(guò)去
研究人員還發(fā)現(xiàn)極端事件有助于人們正確地解讀近期的洪水。例如，他們發(fā)現(xiàn)1909年的一場(chǎng)風(fēng)暴造成了與1978年暴風(fēng)雪相似的洪水。“檔案的研究表明，1978年的事件其實(shí)并不是很反常。”Talke說(shuō)。
但這兩個(gè)高水位在一月波士頓的“炸彈旋風(fēng)”中被超越。這個(gè)“炸彈旋風(fēng)”從上升的海平面中獲得力量，打破海堤，將冰冷的海水灌入居民區(qū)。上周，僅在破紀(jì)錄的兩個(gè)月后，又一次強(qiáng)勁的冬季風(fēng)暴導(dǎo)致波士頓地區(qū)再次遭遇了接近新紀(jì)錄的洪水。
Talke與其他科學(xué)家及機(jī)構(gòu)官員（如負(fù)責(zé)聯(lián)邦海岸工程的美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)）分享了他的發(fā)現(xiàn)。他希望，人們通過(guò)了解長(zhǎng)期趨勢(shì)，為未來(lái)的高水位做更好的準(zhǔn)備。
一旦有了過(guò)去極端事件的數(shù)據(jù)，研究人員就可用幾種方法來(lái)預(yù)測(cè)極端事件的發(fā)生頻率。最簡(jiǎn)單的方法是使用耿貝爾分布進(jìn)行分析。最近一次的政府間氣候變化專門委員會(huì)對(duì)海平面上升的報(bào)告中就使用了這種方法，來(lái)計(jì)算在各種溫室氣體排放情況下，洪水發(fā)生的頻率。但這種方法過(guò)于簡(jiǎn)單，并不適用于極端事件，Wahl說(shuō)。例如，一個(gè)典型的耿貝爾分析也許可以預(yù)測(cè)指定地點(diǎn)的年最高水位。但這意味著，當(dāng)一年發(fā)生多次大風(fēng)暴時(shí)，只有最高的洪水被預(yù)測(cè)到。
Buchanan和她的同事最近采用了一種不同的方法，即廣義帕累托分布，考慮所有超過(guò)第99個(gè)百分位的每小時(shí)水位觀測(cè)值。這意味著獲得更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此能更準(zhǔn)確地描繪水位隨時(shí)間變化的情況。該小組研究了至少30年以來(lái)的所有NOAA潮汐記錄，然后將這些數(shù)據(jù)與海平面上升分析相結(jié)合，來(lái)預(yù)測(cè)洪水在不同地點(diǎn)發(fā)生的頻率，以及洪水會(huì)有多大。
有一點(diǎn)毋庸置疑，“洪水將更加頻繁地發(fā)生。”Buchanan說(shuō)。但分析也顯示，美國(guó)沿海不同地區(qū)的情況會(huì)有很大不同。在像紐約市和南卡羅來(lái)納州的查爾斯頓這樣的東部城市，“煩人”洪水泛濫將更加頻發(fā)。相比之下，像華盛頓州的西雅圖和加利福尼亞州的圣地亞哥這樣的西部城市，預(yù)計(jì)會(huì)經(jīng)歷更多來(lái)自極端事件的洪水泛濫。西部有陡峭的海岸斜坡，這些斜坡通�？梢员Ｗo(hù)居民。但是，海平面的上升可以幫助洪水打破這道曾經(jīng)的保護(hù)屏障。
地區(qū)之間的差異是明顯的。例如，如果查爾斯頓海平面上升了半米，目前被認(rèn)為是百年一遇的洪水發(fā)生的頻率可能會(huì)增加16倍。在西雅圖，該頻率上升至335倍，使極端事件更像4個(gè)月一遇的事件。
在芝加哥大學(xué)的海洋學(xué)家Sean Vitousek也一直致力于了解洪水風(fēng)險(xiǎn)，他使用了一種稱為廣義極值分布的統(tǒng)計(jì)技術(shù)。在《科學(xué)報(bào)告》去年發(fā)表的一篇論文中，他和他的同事們將全球海浪、潮汐和風(fēng)暴潮模型和海平面預(yù)測(cè)結(jié)合在一起，來(lái)計(jì)算未來(lái)幾十年里沿海洪水增發(fā)的可能性。他們發(fā)現(xiàn)，最遲到2050年，全球平均海平面將上升10至20厘米，這將使熱帶極端海平面事件的頻率增加一倍以上。
受災(zāi)最重的將是地勢(shì)低洼的太平洋島國(guó)，這里，常見(jiàn)洪水的變化原因中海平面上升占很大比例。像基里巴斯、馬紹爾群島和馬爾代夫這樣的地方不僅面臨永久沉沒(méi)的危險(xiǎn)，而且還面臨著洪水泛濫的危險(xiǎn)，這些洪水會(huì)破壞供水，并使土地?zé)o法耕種。
Vitousek是最早一批在極端事件研究中將海浪的變化與潮汐和風(fēng)暴潮結(jié)合起來(lái)的研究者。目前，他希望進(jìn)一步改進(jìn)統(tǒng)計(jì)方法，以便更好地預(yù)測(cè)此類事件可能發(fā)生的頻率。“我們?cè)谑裁磿r(shí)候會(huì)看到每年的洪水水位都超過(guò)50年一遇的水位？”他提出，“我們需要知道我們還有多少時(shí)間來(lái)解決問(wèn)題。”
極端洪水的預(yù)測(cè)被溫室氣體排放量上升的速度的不確定性所干擾。在去年歷史上首次對(duì)極端海平面會(huì)如何影響歐洲海岸的預(yù)測(cè)中，研究人員計(jì)算出，到2100年，百年一遇洪水的高度會(huì)增加57到81厘米。但這是整個(gè)歐洲的平均水平。在北海地區(qū)，若溫室氣體排放量較大，極端海平面可能上升近一米。而葡萄牙海岸和加的斯灣的極端海平面概率或許降低，部分原因是由極端風(fēng)造成的風(fēng)暴潮和海浪減弱。
意大利的歐洲聯(lián)合研究中心的海洋學(xué)家Michalis Vousdoukas帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了上述分析后，現(xiàn)在已經(jīng)將注意力轉(zhuǎn)向了計(jì)算經(jīng)濟(jì)影響。去年十二月，Vousdoukas在新奧爾良舉行的美國(guó)地球物理學(xué)聯(lián)合會(huì)議上報(bào)道：到2100年，河流洪水災(zāi)害造成的損失將從歐洲的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的0.04%上升至0.1%。沿海洪災(zāi)造成的損失目前為0.01%，但將上升至0.29%到0.86%之間。他說(shuō)：“沿海洪災(zāi)將成為未來(lái)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。”
Vousdoukas和其他這一新興領(lǐng)域里的研究者都希望把他們的發(fā)現(xiàn)告知沿海地區(qū)的決策者。例如，在奧蘭多，Wahl就參與了一個(gè)匯集了工程師、海洋學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、社會(huì)科學(xué)家和其他專家的新項(xiàng)目。在新成立的國(guó)家海岸綜合研究中心（總部設(shè)在中佛羅里達(dá)大學(xué)），他們希望為決策者提供必要信息，以確定在未來(lái)幾十年里修建堤壩、海堤等防御工事的高度。
知道情況會(huì)有多糟糕，極端海平面可能會(huì)有多極端，將是這一工作的主要組成部分，Wahl說(shuō)，“我認(rèn)為我們已經(jīng)可以根據(jù)我們所知道的情況來(lái)提供建議。”
從現(xiàn)在開(kāi)始就采取措施至關(guān)重要，因?yàn)檫m應(yīng)可能需要一段時(shí)間，Wahl說(shuō)。以倫敦附近的泰晤士河防洪屏障為例，它的確幫助防止了洪水泛濫，但整個(gè)工程花費(fèi)了幾十年； 1953年的一場(chǎng)災(zāi)難性洪水后，人們就提出建防洪屏障的構(gòu)想，但它直到1982年才開(kāi)始運(yùn)作。人們不能等那么長(zhǎng)時(shí)間才開(kāi)始為極端海平面的后果做準(zhǔn)備，Wahl說(shuō)：“我們現(xiàn)在就需要行動(dòng)。”
（原題為《百年一遇的洪水或?qū)⒛昴臧l(fā)生，這樣的未來(lái)離我們還有多遠(yuǎn)？》）
