李紅雙 李曉斌 臧鵬飛

摘 要：全球變暖和颶風(fēng)頻發(fā)已成為當前國際熱點話題，引起人們的廣泛關(guān)注，而目前對這兩類問題還缺乏有效性的科學(xué)評估。本文以全球平均溫度作為全球變暖的主要特征，以颶風(fēng)強度（毫巴）作為颶風(fēng)活動的主要特征，通過對數(shù)據(jù)的分析，基于Morlet小波變換建立數(shù)學(xué)模型，得出兩者的變化規(guī)律；再結(jié)合建立的回歸模型分析得出二者內(nèi)在的聯(lián)系：在不考慮極端天氣等非正常因素的前提下，全球溫度的變化與颶風(fēng)強度的變化大致呈正相關(guān)，颶風(fēng)強度的變化滯后于全球變暖，且二者之間相互影響。

關(guān)鍵詞：全球變暖；颶風(fēng)強度；Morlet小波變換；線性回歸

引言

自二十世紀以來，全球氣候變暖受到了各國政府和人民廣泛的關(guān)注，已成為不爭的全球性環(huán)境問題。許多氣象學(xué)家都認為，這種趨勢可能會持續(xù)下去。而颶風(fēng)經(jīng)常伴隨著暴雨、巨浪和風(fēng)暴潮，造成成百上千人的死亡。因此，準確測量全球變暖的程度和颶風(fēng)活動的強度并估計兩者之間的相關(guān)性，將為預(yù)防和減少相關(guān)災(zāi)害提供理論依據(jù)。

一、全球變暖程度和颶風(fēng)活動強度的測量模型

（一）全球變暖程度的測量模型

溫室氣體濃度的上升以及海平面的上升、冰川消融等現(xiàn)象都與溫度升高有關(guān)，可見，溫度變化是全球變暖較為典型的特征。[1]因此，本文選擇以全球平均溫度為指標建立模型，測量全球變暖程度。經(jīng)分析1880年—2015年歷年全球平均溫度的數(shù)據(jù)可知，近136年全球平均溫度的變化是先下降，再上升，再下降又上升的過程，具有一定的規(guī)律性。

根據(jù)這一規(guī)律建立基于Morlet小波變換的全球變暖模型。通過模型分析可得：溫度變化過程中存在多時間尺度特征。總的來說，存在著6年、14年、23年和31年四類時間尺度的周期變化規(guī)律，并且，在每一類尺度上，全球溫度都是先由一個偏暖期進入到一個偏冷期，再從偏冷期過渡到偏暖期的變化過程，例如：1880—1895年為偏冷期，1890年為冷中心；1895—1915年為偏暖期，1900年為暖中心；1915年之后有相同的規(guī)律?？梢姕囟仍诶渑瘯r期不斷交替中逐漸上升。其中，最大峰值對應(yīng)著31年的時間尺度，說明31年左右的周期震蕩最強，為全球溫度變化的第一主周期；14年的時間尺度對應(yīng)著第二峰值，為第二主周期，23年和6年的時間尺度，依次為第三和第四主周期。表明，近136年里，全球平均溫度主要在大尺度上變化。根據(jù)建立的模型和以上分析可計算得出在31年特征時間尺度上，全球平均溫度變化的平均周期為22年左右，大約經(jīng)歷了6個冷暖轉(zhuǎn)換期。

（二）颶風(fēng)活動強度的測量模型

國際上不同的氣象機構(gòu)采用不同的風(fēng)速來劃分颶風(fēng)的等級。目前，在提及颶風(fēng)或其他風(fēng)暴時通常使用毫巴為單位。經(jīng)分析1880年—2015年歷年全球颶風(fēng)強度的數(shù)據(jù)可知，全球颶風(fēng)強度在近136年里的變化是先下降，再上升，再下降又上升的過程，是具有一定規(guī)律性的時間序列。

根據(jù)這一規(guī)律性建立基于Morlet小波變換的颶風(fēng)強度模型。通過模型分析可得：颶風(fēng)強度的變化過程中同樣存在多時間尺度特征?？偟膩碚f，存在著5年、7年、17年和27年四類尺度的周期變化規(guī)律。并且，在每一類尺度上，全球颶風(fēng)強度都是先由一個偏強期進入到一個偏弱期，再從偏弱期過渡到偏強期的變化過程，例如：1880—1900年為偏強期，1890年為強中心；1900—1920年為偏弱期，1910年為弱中心；1920年之后有相同的規(guī)律。其中，27年和17年的時間尺度為全球颶風(fēng)強度變化的第一主周期和第二主周期，5年和7年的時間尺度依次為第三和第四主周期。根據(jù)數(shù)據(jù)，還可發(fā)現(xiàn)在27年以及4—7年時間尺度上的周期變化表現(xiàn)非常穩(wěn)定，而在17年時間序列上，1920年之前颶風(fēng)活動強度的變化并不穩(wěn)定，其后逐漸趨于穩(wěn)定。根據(jù)建立的模型和以上分析可計算得出在27年特征時間尺度上，颶風(fēng)強度變化的平均周期為17年左右，大約經(jīng)歷了8個強弱轉(zhuǎn)換期。

二、全球變暖與颶風(fēng)活動的相互影響

根據(jù)既得結(jié)論，可得全球溫度以及颶風(fēng)強度在時間序列上的變化都具有周期性，且周期變化規(guī)律具有一定的關(guān)聯(lián)，由此我們假設(shè)全球變暖與颶風(fēng)強度之間具有相關(guān)性。本文基于對近136年來全球平均氣溫與颶風(fēng)強度的相關(guān)分析建立了兩者之間的回歸模型，并聯(lián)系上文推測兩者之間的相關(guān)性。

（一）全球變暖對颶風(fēng)活動的影響

由建立的線性回歸模型可知，隨著溫度的升高，全球颶風(fēng)強度呈增大趨勢。當全球地面平均氣溫升高0.25℃時，颶風(fēng)發(fā)生頻率增大27%；當氣溫升高0.75℃時，颶風(fēng)發(fā)生頻率將增大近1倍；當氣溫升高1.5℃時，颶風(fēng)發(fā)生頻率將增大2倍左右。由此可見，全球颶風(fēng)發(fā)生頻率與全球平均氣溫變化值之間存在明顯的線性相關(guān)關(guān)系，這說明颶風(fēng)的強度在一定程度上的確受全球變暖的影響。再結(jié)合上文，根據(jù)全球變暖程度及颶風(fēng)活動強度在時間尺度上的變化周期，進一步分析得出颶風(fēng)強度的變化滯后于全球變暖。

（二）颶風(fēng)活動對全球變暖的影響

相關(guān)資料指出全球變暖與颶風(fēng)的發(fā)生是相互作用的。[3]當熱帶地區(qū)變暖，蒸發(fā)就會加劇，從而使大氣的水蒸氣含量增加。而水蒸氣作為一種重要的溫室氣體，其濃度增加時，便會使全球平均溫度有所增加，即颶風(fēng)也會對全球變暖產(chǎn)生一定的影響。

三、總結(jié)

全球變暖與颶風(fēng)活動是相互作用的，全球變暖導(dǎo)致颶風(fēng)活動頻發(fā)，而颶風(fēng)活動又加劇了全球變暖，是一個典型的惡性循環(huán)。因此采取措施抑制全球變暖十分必要。如減少溫室氣體的排放，使用清潔能源等。如果任由其發(fā)展，大自然的懲罰定會比颶風(fēng)恐怖的多。保護環(huán)境，抑制全球變暖，功在當代，利在千秋。

參考文獻

[1] 張祖群.全球氣候變化：判定，應(yīng)對與文化生產(chǎn)力釋放[J].中國人口· 資源與環(huán)境，2012，22（?？?

[2]董雷娟.基于小波分析的海表溫度變化特征研究[D].中國海洋大學(xué)，2013.

[3]支蓉，龔志強，王啟光，趙俊虎.全球增暖和極端事件對全球溫度場關(guān)聯(lián)性的影響[J].氣象學(xué)報，2012，70（4）.