《华夏地理》：飓风科学

　　飓风在西太平洋称为“台风”，在印度洋称为“热带气旋”，它能把自身的气流推进到海拔至少1.5万米的高空，最后才化作排气管似的螺旋状卷云散逸开去。1979年的太平洋“蒂普”台风是有史以来最大的一场台风，它带动足有8级的大风在半径超过1000公里的广大地区肆虐。即便是一场寻常强度的飓风，也挟带着相当于约1.5万亿瓦电力的能量，差不多是全世界总发电能力的一半。

　　使这部巨大的“天气马达”发动的必要条件是：海水表面温度达到27摄氏度以上、潮湿的空气、风切变降到最低。风切变是指海平面和高空的风速差，它会把生成中的飓风扯散。但是就算这些要素齐备，所产生的往往也只不过是一场热带扰动——下几阵不起眼的雷雨而已。罗森斯蒂尔学院的戴维?诺兰说：“这些扰动哪天看起来都差不多，然后突然间就来了好大一阵强烈对流，不到六小时就变成一个低压，接着就成了一场飓风，然后我的公寓就水漫金山了。”诺兰的家在迈阿密海岸一幢大楼的第14层，当卡特里娜飓风穿越佛罗里达州、直奔大难临头的新奥尔良和墨西哥湾沿岸而去的时候，令他家浸透了雨水。他说：“要是能搞清楚产生一场飓风的确切条件就好了，可我们现在确实还做不到。”

　　但有一件事是显而易见的：2005年，产生飓风的条件堪称“理想”。从6月到11月，在这个官方划定的大西洋飓风季节里，迈阿密的国家飓风中心源源不断地发布着公告和警报。不过，那个风季最具代表性的时刻发生在11月29日，即官方飓风季节结束的前一天，飓风中心主任马克斯?梅菲尔德和其他官员作总结报告的时候。官员们气定神闲地历数着各场飓风的威力和造成的破坏，与此同时，值班的预报员却在追踪热带风暴“艾普西隆”的动向——它正要盘旋变身成下一场飓风。

　　1995年，飓风开始出现上升趋势，2005年无非是这一趋势的延续。由于热带气候的变化引起海上水温升高、风切变减弱，造成大西洋过去的11个风季中有9个生成了数量超乎寻常的飓风。“我们进入这个飓风活动及登陆的高发期已经11年了。”美国国家海洋大气局的气象学家格里?贝尔说道，“但这个时期是否还会持续10年甚至30年，我也说不上来。”

　　气象卫星使气象学家能够轻松地监测飓风，但是在普通的卫星图像上只能看到它们的云顶。连接到卫星的太空红外线传感器则可以揭示更详尽的细节，探测气温较高的风眼的大小和形状，卫星的雷达和微波传感器还能绘制雨图。追踪飓风的飞机实际上可以直接飞进大西洋飓风的内部，但飓风中心的杰克?贝文说，它们只能在最厉害的湍流上方遥遥探测，“不能下到真正与人们切身相关的低空。”

　　不过，去年科学家们放飞了一架飞行

　　这次任务只是一场试飞，飓风预报员平常是使用一种寿命较短、称为“下投式探空仪”的设备来探测风暴核心。这种探空仪是内藏仪器的管状装置，从高空飞行的飞机上投放，挂着降落伞落入飓风以及周围的风区。马宗达说：“它们从1.2万米高空落到水面大约需要15分钟。”在下降的过程中，探空仪每半秒钟测量一次温度、气压、湿度以及风的情况，并在落水之前将全部数据传回飞机。

　　研究人员把下投式探空仪搜集到的数据输入模拟风暴动态及发展趋向的电脑模型，从而提高了风暴轨迹预报的精度。在20世纪70年代，对大西洋风暴位置的提前三天的预报平均误差为710公里，2005年已经降到260公里。但次日预报的平均误差仍有110公里，足以使沿海地区居民对专家的警报一直将信将疑。这些数据和模型捕捉到的风暴细节信息还不够，无法准确预测其每一步飘忽不定的行踪。

　　事实证明，风暴的强度更难预报。在90年代早期，三天风速预报的平均误差是每小时37公里，到2005年，预报水平仍然进步不大。飓风喜怒无常，总是令观测者大跌眼镜。几个小时的工夫足够让一场5级风暴(风速超过每小时249公里)衰减到3级(时速178~209公里)，或者让区区一场热带风暴突然发作，变成一场夺命飓风。国家海洋大气局的贝尔说：“风力强度的变化才是真正让人们遭灾的因素。”

　　风暴下方的海洋状况是某些强度变化的肇因。1995年，热带风暴“奥帕尔”在穿越墨西哥湾西部时，慢慢升级为1级飓风——也就是刚刚达到飓风的强度标准，但在接下来的14个小时中就一路飙升到4级。海面暖水的卫星测量值毫无异常。但是罗森斯蒂尔学院的尼克?谢伊和同事们发现，当时墨西哥湾的温暖水层并不像平常那样仅限于表层几米。海洋较深处的冷水在被狂风搅上海面时，会成为制约飓风强度的“刹车”。但奥珀尔飓风刚好在一大片深度超过100米的暖水域中游荡，不管风刮得多么猛烈，激起来的暖水只会让飓风获得更多的能量，造成风暴升级。

　　热带海洋中遍布着这样的深暖水域，它们的重要性在去年的卡特里娜和丽塔飓风中表现得淋漓尽致。这两场飓风都在途经一片名为“环形洋流”的墨西哥湾带状深暖水域时，骤然升至5级。卫星能够探测到海面以下的暖水，采用的办法是寻找海平面上微微凸起的部分。“这不是什么高科技，但是确实管用，可以把飓风强度预报的精度提高5~15%。”

　　另一方面，海浪可以阻遏飓风。在飓风的吹激之下，海浪可高达30米以上，反过来牵制使其形成的风。罗森斯蒂尔学院的陈书毅说：“热能让飓风火上浇油，但是海浪使风速放慢——两者相互较劲。”她正在参与研究一种功能强大的计算机新模型，名叫“飓风天气研究与预报”模型，将用于模拟大气、海浪和海洋之间相互作用的细节。“如果你对海浪的作用拿捏不准，预报就会产生一到两个飓风等级的误差。”

　　预报者还需要了解飓风的内部运作情况。比如去年8月28日，卡特里娜飓风在那个星期日的早晨就已经变成了一个不折不扣的恶魔：它从环形洋流中吸取能量，在12个小时之内，风力等级从3级飓风的末流一路飙升到实打实的5级飓风，最高时速达280公里。当卡特里娜飓风朝陆地猛冲过来的时候，飓风中心发出了一条世界末日般的警报：“具有潜在灾难性的卡特里娜飓风正威胁着墨西哥湾北岸。”

　　然而紧接着，风暴突然神奇地缓了一缓，就像停步喘了口气。那天夜里，就在飓风登陆前几个小时，卫星图像上显示眼壁的南端出现了一个巨大豁口。一个名为“飓风雨带和强度变化实验”(RAINEX)的研究项目组中的科学家们用飞行器和雷达探测这场风暴，搞清楚了当时的情况。原来，卡特里娜飓风的狂暴雨带当时已朝飓风的核心汇聚，切断了眼壁的潮湿气流供给。于是，旧眼壁破裂，一个新眼壁在更外围处形成，惯性作用使风暴减速，就像滑冰运动员在做旋转动作时猛然张开手臂可以减缓转速的道理一样。

　　当时，假如卡特里娜移动的速度再快一些，它原本会以5级飓风的恐怖威力冲上陆地。而实际情况是，恰在此时眼壁发生了更替，以致它掠过新奥尔良的时候只是一场相对温和的3级飓风，但结果仍然是毁灭性的。

　　对飓风来说，登陆等于是死刑判决。一旦来自海水的能量供应被切断，风暴就会不可避免地衰弱下来。但对于那些在风暴垂死挣扎时卷入其中的人来说，这算不上什么安慰。

　　在卡特里娜飓风爆发将近4个月之后，从密西西比海岸线上的90号公路被冲毁的路段望去，内陆的景象依然触目惊心。曾经欣欣向荣的海岸线满目疮痍，到处都是碎木头和从混凝土地基上摧垮的房屋，老橡树扶疏的枝干被剥走了西班牙苔藓，却挂满了褴褛的衣物和塑料袋。

　　在这里搞破坏的首恶元凶是水。飓风导致人员伤亡大多不是由于狂风，而是由于暴雨、海浪，以及在这里留下一目了然的破坏痕迹的风暴潮——风暴前方被推得鼓出海面的巨大潮涌。卡特里娜飓风推动的风暴潮高度在8米以上。

　　来源：《华夏地理》2006年第8期