編者注（2023年8月28日）：這篇文章重新發表是因為熱帶風暴伊達利亞預計將在週三登陸佛羅里達州之前迅速增強為大型颶風。
弗吉尼亞基島位於佛羅里達州的家門口，就在邁阿密市中心的東南方，並且牢牢地處於颶風巷的襲擊區——這是一片溫暖的水域，非常適合颶風形成，並向東橫跨大西洋延伸至非洲。自19世紀中葉以來，已有250多個颶風襲擊了美國大陸，通常造成災難性後果。弗吉尼亞基島也是國家海洋和大氣管理局海洋與氣象實驗室的所在地，科學家們正在努力不斷改進颶風預報。他們長期以來最棘手的問題之一是難以預測相對較小的風暴何時會突然爆發強度和嚴重性——這種現象常常讓身處險境的人們措手不及。
邁阿密大學羅森斯蒂爾海洋、大氣和地球科學學院的颶風研究員莎拉尼亞·馬祖姆達爾說：“我們睡覺時，看到衛星上的風暴看起來非常雜亂。然而，我們第二天早上醒來，突然之間，它就增強了。”該學院也位於弗吉尼亞基島。“所以我們都問，‘為什麼會這樣？’”
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答案並不總是明確的，這使得快速增強（氣象學家將其定義為颶風的最大持續風速在24小時內飆升每小時35英里或更多）極其難以預測。然而，準確預測颶風的強度尤為重要，因為風暴力會隨著風速呈指數倍增。當風速加倍時，作用於房屋、電線和其他基礎設施的力量會增加四倍。研究表明，隨著氣候變暖，更多風暴將經歷快速增強——並且以更快的速度增強——。
現在，藉助一種耗時三年多開發的新模型，NOAA科學家認為他們不僅能夠更早地提供快速增強的預警，還能更好地預測降雨和風暴潮等影響。國家颶風中心的預報員將於今年夏天開始使用這種名為颶風分析和預報系統 (HAFS) 的新模型。“在我看來，我們改進預報的速度不夠快，無法克服[沿海]地區人口在15年內翻兩番的情況，”NOAA大西洋海洋和氣象實驗室颶風研究主任弗蘭克·馬克斯說。
2004年颶風查利是最令人警醒的快速風暴增強案例之一。在風暴來臨之前很久，佛羅里達州西南海岸就釋出了警報。在查利襲擊前大約24小時，預報稱它將從2級風暴增強為3級風暴。但在8月13日的短短五個小時內——以及登陸前不到六個小時——風暴的風速飆升了34英里/小時。當它襲擊佛羅里達州卡普蒂瓦島時，風速達到了150英里/小時，僅比5級狀態低幾英里/小時。這是自5級颶風安德魯於1992年摧毀霍姆斯特德市以來襲擊佛羅里達州的最強風暴。查利造成了超過150億美元的財產損失，只有它的小尺寸和相對較快的前進速度才使其免於造成更大的破壞。“任何時候風暴在靠近陸地時發生增強——特別是如果這種增強被低估或根本沒有預報到——公眾都將面臨更大的風險，因為他們將準備不足，”奧爾巴尼大學的颶風研究員和建模專家克里斯汀·科爾博西耶羅說。“因此，生命損失和基礎設施損壞的可能性將大大增加。”
某些關鍵因素決定了熱帶氣旋（熱帶風暴或颶風的廣義術語）的形成、強度以及增強速度。驅動每個熱帶氣旋的引擎是對流：大量潮溼的上升空氣在地表形成真空，吸入周圍空氣形成螺旋風。這種對流是由溫暖的海洋水域和高溼度驅動的，而乾燥的空氣則透過蒸發冷卻風暴並阻礙對流。也必須盛行平靜的天空，因為稱為切變的交叉風會撕裂新生颶風的渦旋。因此，獲取有關風暴環境條件的資訊“非常重要——但這不足以確定快速增強是否會發生，”NOAA研究氣象學家約翰·卡普蘭說。
風暴的內部物理過程對於這個過程也至關重要。例如，如果其中心周圍的雷暴非常對稱，壓力就會“像石頭一樣下降”，馬克斯說——中心壓力越低，圍繞它的風速就越高。科爾博西耶羅沒有參與HAFS的工作，她解釋說，這種對稱性使正在形成的雲釋放的熱量滯留在風暴的眼壁中。反過來，這會助長更多的對流。颶風的圓柱形眼壁也必須保持筆直向上，而不是傾斜。科爾博西耶羅說，如果它傾斜，加熱會擴散到更大的區域，壓力下降就不會那麼劇烈。
由於模型在捕捉這些內部過程方面存在侷限性，直到2010年代初期，預報僅預測了12%的快速增強熱帶風暴。在隨後的十年中，科學家們能夠利用國會的額外資金派遣無人機和載人“颶風獵人”飛機直接從風暴眼壁收集有關風速、溼度和溫度的更多資料。這種更詳細的資料使計算機模型能夠更準確地描述——並因此預測——風暴行為，從而幫助氣象學家改進他們的預報。科羅拉多州立大學前NOAA颶風預報員、現任高階研究科學家馬克·德瑪麗亞表示，目前的模型準確預測快速增強的機率為32%。德瑪麗亞說：“快速增強的固有可預測性可能很低，因為渦旋發展方式中微小的、無法觀察到的變化可能會對現象發生的時間產生巨大的影響。”
藉助HAFS，預報員希望透過捕捉至少一半的快速增強風暴來提高他們的記錄。HAFS提供了更詳細的風暴內部動力學表示和更多的資料可供使用，並且它還可以比當前模型更快地整合這些資料——這意味著可以更頻繁地更新預報。另一項關鍵創新涉及將HAFS模型“巢狀”在更大的全球預報系統 (GFS) 模型中，其中HAFS像放大鏡一樣以比以前的颶風模型更高的解析度掃描海洋。這種巢狀讓預報員能夠應對另一個主要挑戰：估算冷鋒和高壓區等大規模大氣特徵如何影響颶風的內部物理過程。“全球不同地區的冷鋒可能會影響颶風的路徑和強度，”NOAA高階氣象學家兼HAFS首席架構師桑達拉曼·“戈帕爾”·戈帕拉克里希南說。
HAFS於7月1日正式投入執行，這意味著國家颶風中心的預報員在今年夏天的預測中可能會依賴它提供的指導，以及其他模型。戈帕拉克里希南說，他很高興看到HAFS的表現，並預計它會比它取代的模型做得更好。“我們將像老鷹一樣盯著它，”馬克斯說。