上週晚些時候，當熱帶氣旋海燕襲擊菲律賓時，受風暴重創的塔克洛班市的居民說，他們為風力做好了準備，但沒有為席捲城市的水牆做好準備。
那致命的巨浪是海燕的風暴潮。雖然颶風的高風速是造成死亡和破壞的原因之一，但在熱帶氣旋期間，風暴潮和洪水會造成最多的人員傷亡。
路易斯安那州立大學的哈爾·尼德姆是密切關注海燕登陸的美國颶風研究人員之一。在過去的五年裡，他一直在努力收集有關過去風暴潮的資訊，這可能有助於研究人員改進對未來風暴潮的預測。
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尼德姆指出，塔克洛班的風暴潮可能是菲律賓有記錄以來的最高風暴潮，與 1897 年創下的 24 英尺風暴潮記錄不相上下。但在這場風暴潮中，研究人員看到的不僅僅是一個記錄。他看到了一個比較。
尼德姆是一位自稱的“極端天氣”愛好者，他的部落格 颶風哈爾的風暴潮部落格 分析了現在和過去的旋風。他能夠追溯歷史上的風暴潮，這類似於農民如何滔滔不絕地談論過去的豐收年和饑荒年。
然而，這種百科全書式的知識是為了一個更偉大的目標而獲得的。在過去的五年裡，尼德姆一直在挖掘政府資料、古老的報紙剪報和學術期刊，以尋找有關颶風高水位線的資訊。
他建立的名為 SURGEDAT 的資料庫，包括自 1880 年以來的 560 次風暴潮。它是世界上最全面的風暴潮資料庫，其中包含來自美國和世界各地的歷史性風暴潮。該專案是美國國家海洋和大氣管理局資助的 南方氣候影響規劃專案 的一部分，該專案是路易斯安那州立大學和俄克拉荷馬大學的研究人員對美國中南部氣候影響進行研究的地方。
與過去的相似之處
在塔克洛班的風暴潮中，尼德姆立即看到了與 1900 年德克薩斯州加爾維斯頓颶風的相似之處，後者是美國曆史上最致命的天氣災難。“菲律賓的水上升如此之快的原因與加爾維斯頓的水上升如此之快的原因非常相似，”尼德姆解釋說。
海燕的風暴路徑意味著它的風眼經過塔克洛班附近。起初，這導致強風將水推出聖佩德羅和聖巴勃羅灣。然而，當風眼經過塔克洛班附近時，風向逆轉，將水吹向海灣並進入城市。
尼德姆說：“一旦風向改變，你就會看到非常高的水位快速上升。”他指出，雖然 1900 年加爾維斯頓的報告並沒有明確提到水牆，但當時居民報告的水位上升速度非常快。
那場風暴路徑，將風眼帶到了德克薩斯州城市附近，也類似於海燕在塔克洛班附近的路徑。當時加爾維斯頓的首席氣象學家艾薩克·克萊因站在他的門廊上，當洪水來襲時，他估計水在四秒鐘內上升了 4 英尺。
“在這一點上，這與菲律賓發生的事情非常相似，”尼德姆說。
尼德姆說，即使墨西哥灣沿岸的海岸線結構與菲律賓的不同，但此類風暴的相似之處也可以為風暴潮預測提供指導。他最近正在出版的研究證實了這一點。
他提取了 SURGEDAT 在墨西哥灣 130 年的風暴潮和颶風資料，並進行了統計分析，以檢視哪些颶風條件與風暴潮高度相關。他發現的結果有些出乎意料。
最能強烈預測風暴潮高度的因素是颶風在登陸前 18 小時的大小和風速。“登陸前颶風的特徵非常重要，”尼德姆說。
當觀察到造成毀滅性風暴潮的卡特里娜颶風時，這一發現是真實的。尼德姆說，雖然它在登陸時只是 3 級颶風，但它在襲擊前 18 小時的風速為每小時 175 英里。
他認為，在這種資料探勘中發現的聯絡可能有助於物理學家更多地瞭解颶風的物理特徵與風暴潮之間的關係。“我們希望資料驅動的方法能夠很好地與建模相結合。建模的優點在於，建模可以處理[未來]事件。”
卡特里娜颶風和其他過去的颶風刺激了研究
佛羅里達州中部大學的工程學教授斯科特·哈根說，2004 年登陸的四次颶風，以及 2005 年的丹尼斯颶風和卡特里娜颶風，刺激了對改進風暴潮預測的額外研究。
根據風暴潮建模師哈根的說法，為了開發良好的颶風風暴潮模型，研究人員需要準確瞭解海水深度、沿海地形以及水將流經的陸地的特徵，因為這會改變水和風的速度。
“因此，能夠區分沙灘、沼澤地區、紅樹林沼澤和城市地區，”哈根說。
哈根說，雷射雷達技術的進步使沿海風暴潮模型在地形和土地特徵方面有了更好的輸入。“我們現在基本上在開發地形模型時使用雷射雷達。”
哈根說，海洋深度仍然是一個更大的不確定性領域，因為繪製海底地圖既昂貴又困難。但像水下航行器這樣的無人海洋工具，有可能在不久的將來改進海底測繪。
然而，即使所有這些領域都有良好的資料，並輸入到一個好的模型中，“你仍然會缺少最基本的輸入，那就是風場本身，”哈根說。
佐治亞理工學院的土木工程教授赫爾曼·弗裡茨指出，卡特里娜颶風襲擊的位置與 1969 年的 5 級颶風卡米爾相同，但卡特里娜颶風的風暴潮水位高於卡米爾，因為它的風在更遠的地方持續時間更長。
“颶風基本上會在淺水區向海岸線吹拂多大的面積，這一點非常關鍵，”弗裡茨說。卡特里娜颶風過後，研究人員努力重新建立了那場風暴的風場。
他們的 分析 發現，即使風暴的強度從 5 級降至 3 級，但它的風場擴大了。這意味著它能夠將大量水推向陸地，導致了摧毀新奧爾良的風暴潮。
哈根稱這項工作是“前所未有的”，它推進了風暴潮建模的科學。“我們從獲得卡特里娜颶風風場的資訊中獲益匪淺。”
然而，哈根說，即使近年來對風場的瞭解有了很大提高，這仍然是一個活躍的研究領域，還有改進的空間。
在風暴來臨前做好準備
聖母大學的工程師安德魯·肯尼迪是一位風暴追逐者。他在風暴來臨前出發，沿著海岸爭搶，並將他用 PVC 管包裹的自制壓力感測器固定在任何看起來堅固的東西上。
有時，當他負擔得起時，他會使用直升機將儀器放入海洋。然後他等待颶風襲擊。
肯尼迪說，他的研究團隊正在努力測量風暴潮和波浪高度。美國地質調查局也參與了 類似的工作，在風暴來臨前部署移動風暴潮監測網路。
肯尼迪說，由於研究人員必須在颶風來臨前將儀器放置好，他們只能在每三次風暴中獲得一次良好的資料。其餘時間，風暴可能會改變其路徑或減弱。“你要猜測它是否會登陸。”
在收集了在風暴中倖存下來的儀器後，研究人員將他測得的風暴潮和波浪高度輸入到聖母大學的風暴潮建模師約翰尼斯·韋斯特林克那裡。
在 2008 年襲擊德克薩斯州海岸的艾克颶風的案例中，肯尼迪的資料表明，風暴潮模型低估了風暴潮。“他們的底部摩擦錯了，”肯尼迪說。“測量結果幫助詳細地顯示了發生了什麼，這有助於改進模型預測。”
向發展中國家轉化
然而，雖然美國在卡特里娜颶風和其他襲擊陸地的重大颶風的刺激下，正在穩步改進風暴潮預測背後的科學，但像菲律賓這樣欠發達的國家是否能夠利用這些進步還有待觀察。
哈根說：“不幸的是，並非總是有資源來進行這些型別的研究。”他說，當像海燕這樣的風暴襲擊時，一個積極的結果可能是國際組織資助發展中國家的風暴潮和旋風研究。
然而，佐治亞理工學院的弗裡茨說，挽救生命的最大進步可能歸結為改進的預警和疏散系統。他指出了最近在 10 月中旬在印度登陸的旋風費林。
那裡疏散了近一百萬人，因此死亡人數非常少。
“颶風、旋風或颱風就是這樣。它們會提前預告，”弗裡茨說。“你確實有幾個小時到幾天的時間來疏散人員。”
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