港大研究揭示大氣乾燥化形成「制約效應」 颱風降雨增幅或低於預期

隨着全球氣候暖化，科學家普遍預期熱帶氣旋（即颱風及颶風）將帶來更猛烈和頻密的降雨。其背後的物理機制看似理所當然：氣溫上升使空氣能容納更多水汽，加上風暴強度增加，理應誘發更具破壞力的暴雨。然而，科研人員在分析氣候模型預報時，卻發現一個令人費解的現象：部分模型所預測的降雨增幅，遠低於單從熱力學原理推算的幅度。這種預測上的不確定性使科學界難以準確預測未來熱帶氣旋的降雨量及相關洪水風險。

近日，由香港大學（港大）和倫敦帝國學院研究人員領導的一項研究成功揭開此謎底。這項發表於《Nature Geoscience》的研究指出，雖然較暖的空氣能夠容納更多水汽，但大氣亦可能變得更加乾燥，從而抑制降雨，猶如為熱帶氣旋降雨踩下「煞車」。

大氣未飽和度擴大 阻礙雲雨形成並加速蒸發

港大地球與行星科學系的席大智教授、陳佳男博士，聯同倫敦帝國學院的 Ralf TOUMI 教授，綜合分析了氣候模擬數據、衛星觀測數據及再分析數據（reanalysis data），發現氣候暖化雖令水分增加，卻削弱了熱帶氣旋將水汽轉化為降雨的效率。

團隊指出，關鍵在於一項名為「整層飽和差」（Column Saturation Deficit）的物理機制，亦即大氣中實際水汽量與達到完全飽和（即降雨臨界點）之間的差距。一般而言，降雨過程需經歷水汽凝結成雲滴、進而匯聚成雨滴並降落至地面。然而在暖化背景下，大氣容納水汽的能力呈指數級增長。即使相對濕度保持不變，大氣距離「完全飽和」的差距仍會顯著擴大，意即空氣的乾燥程度增加。這將可能引發兩個連鎖反應：

1. 雨滴未落地先蒸發：颱風高空凝結的雨滴在下落過程中，會被中低空的乾燥空氣加速蒸發，無法悉數降至地面。
2. 阻礙雲雨凝結：外圍的乾燥空氣被捲入颱風的上升氣流後，會稀釋水汽，從源頭抑制降雨形成。

這種由大氣乾燥化帶來的制約效應，足以抵消風暴增強所誘發的降雨增幅。這解釋了為何許多氣候模型的預測雨量，一直低於傳統理論的推算。

首創「統一評估框架」

這項研究還為理解熱帶氣旋降雨提出了一個統一框架。研究指出，熱帶氣旋的降雨率不僅取決於風暴強度和大氣中的總水汽含量，還取決於水汽轉化為降雨的效率，即降水效率（precipitation efficiency）。在氣候變暖的背景下，兩種相反的效應會共同影響降水效率：風暴增強會提高降水效率，而大氣的乾燥程度增加則會產生抑制作用。兩者之間的消長，將決定未來熱帶氣旋降雨對氣候變暖的響應程度。儘管在部分氣候模型中，大氣乾燥化的影響仍佔主導地位，但這一框架並不排除降水效率增加的可能性；如果未來風暴增強的作用超過大氣乾燥化的影響，降水效率仍有可能上升。

這些發現具有重要的實際意義。對沿海社區、防災管理部門和基礎設施規劃者而言，更準確預測未來颶風或颱風可能帶來的降雨量，對防洪、疏散安排及提升氣候韌性至關重要。新框架將大氣乾燥程度對降水效率的影響納入考慮，有助提升熱帶氣旋降雨和洪水風險評估的準確性，並為氣候適應措施提供更加可靠的科學依據。如果未來熱帶氣旋降雨的增幅實際低於最極端的預測，亦有助於避免因高估最壞情境而作出過度投資。這一新框架亦為改善降雨災害風險評估及減少系統性預測偏差提供了新的方向。

研究同時指出，現有全球氣候模型仍未能充分解析部分小尺度的大氣過程。例如，有組織雨帶的擴張可能使風暴部分區域免受大氣乾燥化的影響，而這類細緻變化在現有模型中仍難以充分呈現。因此，未來仍需要利用更高解析度的數值模擬來進一步改進相關預測。

儘管如此，多套獨立資料和氣候模型均一致顯示，大氣的乾燥程度增加會降低熱帶氣旋的降水效率。這種穩定的負相關關係表明，大氣乾燥化可能是一項不容忽視的熱力學因素，未來進行相關氣候預測時需要將其納入考慮。

研究論文全文請參閱："Future tropical cyclone rainfall constrained by increased atmospheric dryness"

本新聞稿內容以英文版本為準。

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