全球热带气旋海浪增多：影响、原因和沿海风险

热带气旋 (TC) 是地球上最强大、最具破坏性的自然现象之一，影响着海洋动力学、沿海生态系统和人类基础设施。近年来，研究越来越关注海面波浪在这些风暴强度和危害中的作用。一项新的研究强调了过去四十年来与热带气旋 (TC) 相关的全球海浪高度增加。

热带气旋和海面波浪

热带气旋根据其发生区域有各种名称，如飓风和台风，其特点是在温暖的热带海洋上形成强烈的旋转风暴。它们主要由温暖的海水释放的潜热驱动，潜热促进气旋的增长。热带气旋的强度通常用最大风速和中心气压来量化。然而，另一个关键因素是这些风暴产生的海面波浪高度。这些波浪是由气旋大气环流的风应力产生的，在最强烈的风暴中可以达到非凡的高度。

海浪在决定气旋造成的破坏程度方面起着重要作用。巨浪可能导致沿海洪水、侵蚀和海洋生态系统的严重破坏。在某些情况下，这些波浪可以传播数千公里，影响远离气旋核心的地区。

有研究记录了与 TC 相关的最大波高长期显著增加。这一现象在所有海洋盆地都有观测到，表明与气旋相关的海洋表面波浪的强度和频率都有所增加。

气候变化在海浪强化中的作用

热带气旋引起的海面波浪高度增加可能与气候变化有关。随着全球气温上升，海面温度也上升，为气旋提供更多能量。海水变暖会导致风力更强，进而产生更高的波浪。海面温度升高和风暴强度增加之间的这种相互作用被认为是波浪强度增加的原因。

相关研究表明，海洋热浪（海表温度显著高于平均水平）使热带风暴更容易迅速加剧，从而进一步促成更大海浪的形成。在墨西哥湾和加勒比海等地区，海洋热浪与飓风迅速加剧的可能性增加有关，风暴潮和海浪高度将达到前所未有的水平。

海浪高度的增加和气旋强度之间也存在反馈机制。随着热带气旋的增强，它往往会产生更大、更有活力的海浪，这反过来又会增加海洋和大气之间的热量和水分通量。这种增强的能量交换可能会增强气旋的强度，从而形成恶性循环，使风暴的强度和海浪的高度不断上升。

波浪形态变化及其对沿海地区的影响

虽然全球趋势表明与气旋相关的海浪高度有所增加，但这些变化的程度和模式在不同的海洋区域有所不同。例如，北太平洋的海浪高度增加最为显著，相比之下，大西洋和印度洋的增幅较小，但全球总体趋势很明显：与气旋相关的海浪越来越大，越来越频繁。

这种区域变化受到多种因素的影响，包括当地海洋条件、风暴轨迹和区域气候变化。 TC 发生的频率和位置在确定不同盆地中观测到的波高变化幅度方面也起着重要作用。

海浪高度的增加会对沿海生态系统和基础设施产生重大影响。经常受到热带气旋影响的沿海地区由于海浪能量较高，正在经历加速侵蚀和洪水。红树林、珊瑚礁和海草床特别容易受到海浪侵蚀，这会破坏海洋生物的重要栖息地，并降低这些生态系统对风暴潮和巨浪的自然保护。

例如，珊瑚礁是阻挡海浪的天然屏障，但随着海浪强度的增加，珊瑚礁可能会遭到破坏，从而导致海岸保护的丧失。加勒比海和太平洋岛屿等地区都观察到了这种现象，那里的珊瑚礁在风暴和海浪高度不断增强的情况下，难以保持其结构完整性。

全球涌浪传播和远距离影响

热带气旋不仅会产生影响附近沿海地区的局部海浪，还会产生传播范围很广的长周期海浪。这些海浪可以传播数千公里，在风暴消散后很长时间内影响遥远的海岸线。研究表明，气旋相关海浪的加剧可能与海浪传播和长距离影响的增加有关。

热带气旋波浪行为的这一方面对远洋运输、海上基础设施和沿海风险评估具有重要意义。即使在未直接受到气旋风或雨影响的地区，涌浪也会影响航道、石油钻井平台和沿海旅游业。改进的跟踪涌浪模式并预测其对遥远海岸影响的模型对于减轻这些影响非常重要。

随着海浪高度不断上升，迫切需要更新沿海风险评估模型，这些模型不仅要考虑风浪和浪涌，还要考虑海浪引起的损害。许多当前模型主要关注风暴潮和风灾，但未能充分整合海浪高度成分，而海浪高度成分近年来已成为一个更重要的因素。

新的研究发现

河海大学海岸灾害与防护教育部重点实验室引导的一项新的研究，对数十年来全球热带气旋数据的全面分析。研究人员结合使用卫星数据、数值建模和海浪高度观测来追踪波浪能量和风速随时间的变化。

该研究最重要的发现之一是，热带气旋相关的波高在全球范围内以每十年约 9%的速度增加。这一增幅是热带气旋最大风速增幅的三倍，后者约为每十年 2.3%。研究强调，虽然风速一直是过去研究的共同焦点，但作为对沿海影响的一个关键因素，波高一直在加速增长。波高的增加在各个地区并不均匀，而是表现出明显的区域差异，其中北太平洋的上升最为显著，是所有研究的海洋盆地中最高的。

研究发现，全球范围内，从大气转移到海洋的波浪能量每十年增加约9%，这一发现凸显了海浪作为沿海灾害驱动因素的重要性日益增加。这种增加与更强更频繁的热带气旋有关，这可能是由气候变化和海面温度升高引起的。在某些地区，例如北太平洋和北大西洋，波浪能量对整体热带气旋强度的贡献比风速的增加更为显著，这表明波浪行为可能成为未来气旋影响的一个更为重要的方面。

研究还显示，热带气旋不仅对沿海地区的影响越来越大，而且还会产生远离风暴中心的巨浪。这些巨浪可以到达偏远地区，影响航运路线、海洋生态系统和远离风暴登陆点的沿海地区。这一发现对于海上活动尤为重要，因为风暴易发地区的海浪高度增加可能会延伸到以前不被认为有风险的区域。

波浪高度的增加速度超过了热带气旋最大风速的增加速度，挑战了气旋强度主要由风速决定的传统观点。研究发现，波浪高度的增加比地面风速的增加大约高出40%，这表明波浪在评估气旋强度和潜在破坏方面可能发挥越来越重要的作用。

思考

变化的海面温度（SST）如何影响波高增加的速度？气旋强度和波浪形成之间有怎样的关系？波的散射和衰减在偏远地区起什么作用？热带气旋与气候变化相互作用的长期趋势是什么？

参考文献：Jian Shi, Xiangbo Feng, Ralf Toumi, Chi Zhang, Kevin I. Hodges, Aifeng Tao, Wei Zhang & Jinhai Zheng，Global increase in tropical cyclone ocean surface waves.  Nature Communications volume 15, Article number: 174 (2024) ，doi.s41467-023-43532-4

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