極端天氣、海平面上升與風暴潮背後的科學
譚志勇教授
理學院地球系統科學課程
極端天氣事件，如颱風和暴雨，會引發山泥傾瀉、塌樹、水災和風暴潮等災害。香港這座沿海城市的地底設施（如地鐵）密集，特別易受水患影響，基礎建設備受威脅。
香港近十年最嚴重的洪災出現在2008年，五十年一遇的颱風黑格比過境，大埔滘錄得海平面高度上升至3.77米，很多低窪地區嚴重水浸，包括大澳、深井和鯉魚門。1962年的颱風溫黛威力更驚人，令水面上漲至高達3.96米。我們該怎樣以物理科學解釋這些極端現象？在氣候愈趨溫暖的未來，事態又將怎樣發展？
科學原理: 颱風熱引擎
人為的溫室氣體排放導致全球暖化，這是不爭的事實，隨之而來的是全球海洋升溫。暖化的海面溫度會為熱帶氣旋推波助瀾。事實上，熱帶氣旋就像一架熱引擎，它從地球系統吸收的能量與熱帶海洋的表面溫度（減去大氣中某個高度的氣溫後）成正比，即是熱帶氣旋的最大強度取決於海洋的表面溫度。
海平面的高低則受風勢、海洋環流、土地沉降，以及海底高度變化影響。由於全球暖化，海洋的熱膨脹、冰原和冰川融解，以及後者引發的地球重力場改變也可以導致海平面高度改變。根據上世紀八十年代至今的衛星測量，南中國海的海平面上升率為每年五至六毫米。在香港，大埔滘測得的上升率為每年五毫米。
至於風暴潮的高度則取決於風暴的風速以及海洋盆地的形狀。大致來說，風暴潮的高度與風速平方除以水深成正比，因此在大陸架淺區最易產生湧浪。事實上，海岸線和海洋盆地形狀愈複雜，對海水湧動的預測和模擬愈困難。熱帶氣旋的大小同樣關鍵：大風暴產生大洪潮，美國颶風桑迪便是一例。最後，熱帶氣旋的路徑也決定了湧浪的高度。在香港，由於附近山脈的屏蔽效應，熱帶氣旋位處香港南或東南面時產生的風力最強。
預測未來: 更暖及更高的海洋
當氣候繼續暖化，海平面會否升高至不可收拾的地步？首先，研究已指出，當海面溫度每上升一度，熱帶氣旋的風速將提高百分之四。由於風暴潮高度與風速的平方成比例，也就意味着熱帶海洋溫度每上升一度，湧浪高度將提升百分之八。倘若全球海洋溫度上升四度，風暴潮的高度將提升百分之三十。
更值得關注的是海平面上升及土地沉降的後果。如果依照溫室氣體濃度情景RCP8.5推估，到2100年，香港海域的海平面與現時相比將上升多達一百釐米。這表示基準海平面將大大上升，後果極其嚴重。單單這一因素就會令黑格比這樣級別的風暴潮來得愈發頻仍，如今五十年一遇的事件到2100年將成為每年一遇。
我們至今仍未能準確算出全球變暖到底會令香港的風暴潮風險增加多少。一方面，人為因素太難預料，未來對化石燃料有多倚重取決於我們的生活方式以及科技的進展。另一方面，我們還需多作研究，以進一步了解熱帶氣旋路徑、大氣循環，以及溫度分佈等將怎樣隨着氣候暖化而改變。筆者現正與香港天文台合作，找尋這些問題的答案。