“杜苏芮”超强台风登陆中国，未来台风会越来越强吗？
来源：公众号“格致论道讲坛”（ID：SELFtalks）
作者：黄平
编者按：近日，“杜苏芮”台风登陆中国，现在已经进化成超强台风，“杜苏芮”到底有多猛？观测记录显示，这场台风是历史上登陆福建第二强的台风。
面对不断加剧的气候危机，不禁会有这样的疑问，未来出现这种超强台风的几率会越来越大吗？未来台风会变强，还是变弱呢？
未来台风会变强吗？
其实，区域气候变化问题也是过去20年来，气候学研究过程中非常热门的一个课题。
人们对台风的研究好像已经很多了，比如谈到台风的结构，科学家们会讲得头头是道。但面对“全球温度升高，台风强度会变得更强吗”这一看似简单而具体的问题，科学家们却手忙脚乱。他们或许可以写出很复杂的台风预测公式，但却无法准确回答这样的问题。
▲ 北半球台风的结构
台风其实是一个热机的过程，是下层的温暖的水汽带着很强的潜热输送到大气上层，然后潜热释放，转换为动能的一个过程。
这个过程看似非常简单，好像是全球变暖了，海洋温度升高了，水汽更多了，所以台风强度会变得更强。
听起来气候学家做的事情似乎很简单，但真的这么简单吗？如果真的这么简单，为什么直到2005年美国科学家才在《Nature》上发表相关文章，证明台风的强弱变化的趋势和海水温度的升降有关呢？
当年为了找到比较确切的证据，科学家们从观测、理论和数值模拟上做了大量工作，最后才得出全球台风的变化趋势和海温确实有着非常明显的直接关系。那就是：全球变暖后，海温会升高，台风强度会变强。
这种理论在2005年发表后，目前已被引用了3400多次。可以说，这一理论在全球变暖研究方面有非常大的影响力。
为什么这些看似简单的结论却需要气候学家们费这么大的功夫去研究呢？最主要是因为，我们之前所看到的仅仅是现象，是一些定性的东西，而定量的证据和结论是很欠缺的。
之前我对这个问题的认识也仅限于此。直到2013年一个偶然的机会，我参加了一个会议，会上听一位老师提到了一个我之前完全不了解的现象：台风的风力非常强，它会把海洋下层的冷水给卷起来。
▲ 台风自带”刹车“
大家知道，海洋上层因为直接受到太阳的辐射，所以水温较热，而下层水温较冷。我们在卫星上可以看得很清楚，当代表台风的黑线跑过去之后，海水确实变得更冷一点。如果台风将海洋下层较冷的海水卷起来，那是不是意味着会抑制台风强度的进一步增加呢？就好像台风自带“刹车”一样。
不过，这个刹车的作用有强有弱。当上层温暖海水比较薄的时候，台风卷起来的冷水比较冷，刹车作用就比较强；当上层温暖海水比较厚的时候，台风卷起来的冷水没那么冷，刹车作用就比较弱。
这个过程依赖很多因素，缺乏定量数据，到底多厚的海水能对台风强度带来影响呢？
2010年，有科学计划进行了海陆空联合观测。大家知道，台风在海上移动，它的风速非常快，它的核心区是天气极其恶劣的状态，飞机、轮船追着台风进行观测是很难的。
为了这项研究，科学家投入了很多资源，最后得出一个结论：在西北太平洋，台风确实能够卷起海洋下层的冷水，能卷起的最大厚度为80-100米，其对台风的影响大约等同于上层80-100米海水混合后的平均温度。这是第一次确切地回答了这个问题。
所以，如果人们在预测台风强度的时候，能考虑80-100米的海水温度，就比只考虑海洋表面的温度要更合理和准确。
当年我在听那位老师做报告的时候，并没有听到他讲到的上述问题和全球变暖有什么关系。听到这个故事之后，我觉得很有意思，2013年我正在做关于气候变化问题的研究。
▲ 全球变暖观测与预估结果
大家看，这两张图分别是历史观测的结果和模式预估的结果。我马上就想到，在二氧化碳增加所引起的辐射中，海水表层的温度增加得比较快，下层增加得比较慢。
因此，我想我们不能仅仅以海水表层的温度去估计它对台风强度的作用，要对一些研究进行修正，否则就会高估海洋增温对台风的促进作用。所以，我当时认为2005年所提出的结论可能需要做一些修正，不是很完整，我们需要考虑整层的过程。
这个物理过程听起来好像很简单，但对于科研人员来说，痛苦才刚刚开始。从2015年开始，我们经历了两年的时间，不断利用更新的观测资料，不断修正理论模型，不断改进模式框架，和审稿团队反复辩论、质疑、争论，最终估算出了一个现在看起来还算是比较合理的结果。到底台风和海洋的过程对于未来估算台风的增强有多大的作用？我们认为这个作用是不可忽视的。
后来，所有做数值模式预测未来台风变化的机构和人员，都开始考虑我们提出的机制，把台风和海洋的相互作用看成是预测台风发展趋势必不可少的因素。
很多人都以为做全球变暖的研究就是拿一个数值模式甚至自己造一个数值模式去算，出来的结果五花八门，什么说法都有，其实并不是这样的。
真正做气候变化的研究，特别是区域气候变化的研究，需要考虑的因素非常多，不仅仅是利用数值模式进行简单的模拟。
原来的观测、理论、模拟或许可以用来做一些天气预报，比如台风路径的预报，但都缺乏对全球变暖这个变量的考虑。当把这个变量加进去之后，全球气候会产生什么样的连锁反应，我们其实并不清楚，我们的认识还是缺失的。
所以我们是把全球变暖这一因素加到全球气候的理论框架当中，尽可能去考虑全球变暖到底会对哪些方面产生影响，从而构建更充分的理论基础，增强我们的模拟。最后当一切都提高了之后，我们去预估它在全球变暖下的变化，就是一个顺理成章的过程了。
科学必然存在质疑与辩论
经常有人问我，你说得头头是道，好像很有道理，但你能验证你的说法吗？非常遗憾，气候研究是特别长时间尺度的趋势研究，很难像天气预报那样，一两天就可以给你看验证结果。
最简单的气候预测也最少需要大半年甚至一年的时间去验证。比如厄尔尼诺现象，预测结果半年到1年就能验证，但是从研究建模再到预测再到验证，最终这一切研究得到大家认可，经过了约10年的时间。现代气候变暖的研究不过刚刚发展了30年，很庆幸的是，我们现在已经逐渐有了一些可以验证的预测。
▲ 全球变暖预测对比
上图是1989年美国科学家在《Nature》上发表的文章中的一幅图，当时他们预测全球变暖之后，地球上有的地方增温会很高，有的地方没有那么高的分布情况。
从上图中可以看到，他们利用的数值模式粗糙到连大陆轮廓都看不清。但是30年后，如下图所示，我们根据过去50年分析得到了全球增温高低分布的情况。
所以，或许我们已经在全球变暖的区域气候变化上取得了很多潜在的研究成就，只是暂时没有办法验证而已。
在我们做气候变化研究的这么多年里，始终有各种质疑伴随着我们，很多人都不相信我们的研究，这其实是很正常的。
科学家每天都在经历各种质疑，科学的质疑与辩论是科学家与生俱来的特质。从另一个角度来说，对全球变暖的质疑也是对大家进行现代科学研究范式的一种普及。
▲ 在未知的边缘试探
大家都是在利用自己的能力极限，在整个人类知识的边界，在好奇心的驱动之下，做一系列疯狂地试探而已。
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