科学家札记
2017年1月

极端天气、海平面上升与风暴潮背后的科学

谭志勇教授
理学院地球系统科学课程

极端天气事件,如台风和暴雨,会引发山泥倾泻、塌树、水灾和风暴潮等灾害。香港这座沿海城市的地底设施(如地铁)密集,特别易受水患影响,基础建设备受威胁。

香港近十年最严重的洪灾出现在2008年,五十年一遇的台风黑格比过境,大埔滘录得海平面高度上升至3.77米,很多低洼地区严重水浸,包括大澳、深井和鲤鱼门。1962年的台风温黛威力更惊人,令水面上涨至高达3.96米。我们该怎样以物理科学解释这些极端现象?在气候愈趋温暖的未来,事态又将怎样发展?

<em>香港低洼地区。圆圈标示处(左起)为大澳、深井与鲤鱼门</em> (来源:《香港气候变化报告2015》)

科学原理: 台风热引擎

人为的温室气体排放导致全球暖化,这是不争的事实,随之而来的是全球海洋升温。暖化的海面温度会为热带气旋推波助澜。事实上,热带气旋就像一架热引擎,它从地球系统吸收的能量与热带海洋的表面温度(减去大气中某个高度的气温后)成正比,即是热带气旋的最大强度取决于海洋的表面温度。

海平面的高低则受风势、海洋环流、土地沉降,以及海底高度变化影响。由于全球暖化,海洋的热膨胀、冰原和冰川融解,以及后者引发的地球重力场改变也可以导致海平面高度改变。根据上世纪八十年代至今的卫星测量,南中国海的海平面上升率为每年五至六毫米。在香港,大埔滘测得的上升率为每年五毫米。

至于风暴潮的高度则取决于风暴的风速以及海洋盆地的形状。大致来说,风暴潮的高度与风速平方除以水深成正比,因此在大陆架浅区最易产生涌浪。事实上,海岸线和海洋盆地形状愈复杂,对海水涌动的预测和模拟愈困难。热带气旋的大小同样关键:大风暴产生大洪潮,美国飓风桑迪便是一例。最后,热带气旋的路径也决定了涌浪的高度。在香港,由于附近山脉的屏蔽效应,热带气旋位处香港南或东南面时产生的风力最强。

预测未来: 更暖及更高的海洋

当气候继续暖化,海平面会否升高至不可收拾的地步?首先,研究已指出,当海面温度每上升一度,热带气旋的风速将提高百分之四。由于风暴潮高度与风速的平方成比例,也就意味着热带海洋温度每上升一度,涌浪高度将提升百分之八。倘若全球海洋温度上升四度,风暴潮的高度将提升百分之三十。

更值得关注的是海平面上升及土地沉降的后果。如果依照温室气体浓度情景RCP8.5推估,到2100年,香港海域的海平面与现时相比将上升多达一百厘米。这表示基准海平面将大大上升,后果极其严重。单单这一因素就会令黑格比这样级别的风暴潮来得愈发频仍,如今五十年一遇的事件到2100年将成为每年一遇。

<em>1962年台风温黛对沙田破坏极大,造成一百五十人死亡,房屋与街道尽为风暴潮所浸</em>(来源:《香港气候变化报告2015》)
<em>谭志勇教授</em>

我们至今仍未能准确算出全球变暖到底会令香港的风暴潮风险增加多少。一方面,人为因素太难预料,未来对化石燃料有多倚重取决于我们的生活方式以及科技的进展。另一方面,我们还需多作研究,以进一步了解热带气旋路径、大气循环,以及温度分布等将怎样随着气候暖化而改变。笔者现正与香港天文台合作,找寻这些问题的答案。

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