Nghiên cứu về sự thay đổi của bão ở Bắc Đại Tây Dương (NA) trong khoảng thời gian dài cho thấy những biến động đáng kể, đặc biệt khi xem xét dữ liệu từ cuối thế kỷ 19. Mặc dù số lượng bão (HU) và bão lớn (MH) đổ bộ vào Hoa Kỳ không thể hiện sự thay đổi rõ rệt theo quy mô thế kỷ từ năm 1851 đến 2019, nhưng có những biến động đáng kể hàng năm và theo thập kỷ.
Có một sự suy giảm trong số lượng HU đổ bộ vào Hoa Kỳ được ghi nhận, có thể có ý nghĩa thống kê trong một số giai đoạn nhất định. Dữ liệu về bão có sẵn từ năm 1851 trở đi, nhưng ngay cả đối với HU và MH đổ bộ vào Hoa Kỳ, vẫn có khả năng có những sự không đồng nhất, bao gồm cả việc lấy mẫu thiếu trong giai đoạn này. Dữ liệu cho toàn bộ bản ghi 1851–2019 được thể hiện, nhưng giai đoạn trước năm 1878 được làm nổi bật với nền màu xám đậm—vì năm 1878 là năm mà Quân đoàn Tín hiệu Hoa Kỳ bắt đầu những nỗ lực có hệ thống để lập danh mục tất cả các HU Đại Tây Dương.
Hơn nữa, có khả năng các khu vực ven biển của Hoa Kỳ không đủ dân cư để theo dõi đầy đủ HU và MH đổ bộ vào Hoa Kỳ cho đến ít nhất là năm 1900, vì vậy giai đoạn 1878–1900 được làm nổi bật bằng bóng mờ màu xám nhạt hơn trong các hình. Tần suất HU và MH trên toàn khu vực NA cho thấy sự biến động đáng kể hàng năm và nhiều thập kỷ, một số trong số đó được phản ánh trong tần suất đổ bộ vào Hoa Kỳ.
Trái ngược với tần suất HU đổ bộ vào Hoa Kỳ, có một sự gia tăng rõ ràng và rõ rệt trong tần suất HU và MH trên toàn khu vực NA được ghi lại trong cơ sở dữ liệu HURDAT2 từ năm 1851 đến 2019, với số lượng MH NA được ghi lại trong những thập kỷ gần đây gấp khoảng ba lần so với giữa thế kỷ 19. Một cách giải thích khả thi cho sự phát triển khác biệt của HU và MH trên toàn khu vực và đổ bộ vào Hoa Kỳ là các vụ đổ bộ vào Hoa Kỳ đại diện cho một phần tần suất chung trên toàn khu vực NA và việc phân phối lại hoạt động của HU trong khu vực NA có thể dẫn đến sự phát triển khác biệt của các vụ đổ bộ vào Hoa Kỳ và tần suất trên toàn khu vực NA. Một đóng góp bổ sung hoặc thay thế cho sự khác biệt giữa đổ bộ vào Hoa Kỳ và toàn khu vực có thể là do việc thay đổi các phương pháp quan sát có tác động lớn hơn đến HU trên toàn khu vực so với HU đổ bộ vào Hoa Kỳ được ghi lại, dẫn đến xu hướng gia tăng sai lệch trong HU trên toàn khu vực được ghi lại và tần suất MH.
Tần suất bão và bão lớn được điều chỉnh cho các cơn bão bị thiếu
Công trình trước đây đã dẫn đến sự phát triển của một số phương pháp để ước tính tác động của việc thay đổi khả năng quan sát đối với sự gia tăng được ghi lại trong tần suất HU trên toàn khu vực từ năm 1878 đến năm 2008. Chúng tôi ở đây cập nhật phân tích để xây dựng một điều chỉnh cho số lượng HU được ghi lại trong giai đoạn 1851–1971, dựa trên các đặc điểm của HU được quan sát trong giai đoạn 1972–2019. Sau đó, chúng tôi mở rộng phương pháp đó để xây dựng một điều chỉnh cho số lượng MH được ghi lại trong giai đoạn 1851–1971, dựa trên MH được ghi lại trong giai đoạn 1972–2019 (xem “Phương pháp”). Phương pháp điều chỉnh số lượng trên toàn khu vực bao gồm việc sử dụng các đường đi HU (MH) từ một kỷ nguyên mà chúng tôi cho là được lấy mẫu đầy đủ, cùng với dữ liệu vị trí tàu từ kỷ nguyên trước khi được lấy mẫu đầy đủ, để xây dựng một ước tính xác suất về số lượng bão có thể đã xảy ra và không bị phát hiện trong mỗi năm của kỷ nguyên trước đó.
Số lượng HU NA bị thiếu ước tính tăng ngược thời gian, đạt giá trị cực đại là ~3 HU/năm trong khoảng thời gian từ năm 1860 đến năm 1880; sự tái thiết được cập nhật cho thấy sự tương đồng đáng kể với số lượng dựa trên HU kỷ nguyên vệ tinh trong giai đoạn 1966–2008. Trong khi đó, số lượng MH NA bị thiếu ước tính cho thấy một giá trị tương đối ổn định trong hầu hết các bản ghi, vào khoảng một MH mỗi năm. Phân tích độ mạnh mẽ bổ sung loại bỏ các bộ năm kỷ nguyên vệ tinh cho thấy các điều chỉnh HU và MH không phải là kết quả của các năm kỷ nguyên vệ tinh cụ thể. Đối với cả MH và HU, có một cực đại cục bộ trong điều chỉnh hàng năm tập trung vào cả hai cuộc Chiến tranh Thế giới—với cực đại Thế chiến II thể hiện rõ ngay cả trong dữ liệu được làm mịn; những cực đại này trong điều chỉnh phản ánh mức tối thiểu trong báo cáo của tàu trong Bộ dữ liệu Khí quyển Đại dương Toàn diện Quốc tế (ICOADS) trong các cuộc Chiến tranh Thế giới. Đối với tần suất trong một năm duy nhất, có sự không chắc chắn đáng kể trong cả hai điều chỉnh, do đó không thể loại trừ ở mức độ tin cậy 95% rằng không có cơn bão nào hoặc nhiều hơn vài lần so với ước tính trung tâm đã bị bỏ lỡ. Tuy nhiên, đối với số lượng được làm mịn chạy trong 15 năm, phạm vi 95% trên điều chỉnh nhỏ hơn so với các giá trị hàng năm và phương pháp này chỉ ra một sự đánh giá thấp đáng kể trong cả HU và MH NA cho toàn bộ giai đoạn trước những năm 1960—chúng tôi lưu ý rằng kết quả là nhất quán về mặt định tính đối với các cửa sổ làm mịn từ 9 đến 25 năm.
Sau khi điều chỉnh được thêm vào số lượng HU và MH Đại Tây Dương được ghi lại, sự biến đổi đáng kể từ năm này sang năm khác và từ thập kỷ này sang thập kỷ khác vẫn còn trong dữ liệu, với cuối thế kỷ 19, giữa thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 cho thấy cực đại tương đối và đầu thế kỷ 20 và cuối thế kỷ 20 cho thấy cực tiểu cục bộ. Tuy nhiên, sau khi điều chỉnh, kỷ nguyên gần đây (1995–2019) không nổi bật là chưa từng có trong tần suất HU hoặc MH trên toàn khu vực. Đã có những năm đáng chú ý kể từ năm 2000 về tần suất HU trên toàn khu vực, nhưng chúng tôi không thể loại trừ ở mức 95% rằng những năm hoạt động mạnh nhất về tần suất HU hoặc MH trên toàn khu vực NA đã xảy ra vào thế kỷ 19 hoặc giữa thế kỷ 20. Hơn nữa, chúng tôi không thể loại trừ rằng kỷ nguyên hoạt động mạnh nhất đối với tần suất HU NA là vào cuối thế kỷ 19, với giữa thế kỷ 20 có thể so sánh với đầu thế kỷ 21 về tần suất HU trên toàn khu vực. Cực đại hoạt động của thế kỷ 19 rõ rệt hơn ở tần suất tổng thể so với tần suất MH, trong khi sự giảm tạm thời nhiều thập kỷ vào cuối thế kỷ 20 trong tần suất MH nổi bật so với sự suy giảm vào đầu thế kỷ 20. So với kỷ nguyên vệ tinh và sau khi điều chỉnh, tần suất tổng thể trên toàn khu vực cho thấy một cuối thế kỷ 19 hoạt động mạnh hơn so với tần suất MH trên toàn khu vực. Trong khi đó, sau khi điều chỉnh, giai đoạn hoạt động giữa thế kỷ 20 rõ rệt hơn trong MH trên toàn khu vực so với tần suất HU tổng thể.
Để đánh giá những thay đổi thế tục về tần suất, một hồi quy Poisson cho mỗi bản ghi tần suất HU và MH được xây dựng bằng cách sử dụng thời gian làm hiệp biến. Những sự suy giảm danh nghĩa theo quy mô thế kỷ trong tần suất bão đổ bộ vào Hoa Kỳ (cả HU và MH) thường không có ý nghĩa thống kê và khác với những thay đổi trong giai đoạn 1980–2019. Tuy nhiên, những sự gia tăng theo quy mô thế kỷ trong tần suất HU và MH trên toàn khu vực HURDAT2 rất có ý nghĩa và có mặt cho tất cả các ngày bắt đầu. Tuy nhiên, sau khi các điều chỉnh cơn bão bị thiếu được đưa vào, dấu danh nghĩa của xu hướng HU trên toàn khu vực thay đổi đối với các ngày bắt đầu sớm và chỉ có ý nghĩa dương tính yếu đối với ngày bắt đầu năm 1900. Bản ghi MH trên toàn khu vực được điều chỉnh vẫn giữ xu hướng dương tính danh nghĩa, nhưng các xu hướng sau năm 1878 là không đáng kể và những xu hướng được tính toán từ năm 1851 chỉ có ý nghĩa không đáng kể. Hơn nữa, những sự gia tăng trong giai đoạn 1980–2019 trong tần suất HU và MH trên toàn khu vực không phải là sự tiếp nối của một xu hướng dài hạn, mà phản ánh sự phục hồi từ mức tối thiểu mạnh mẽ trong những năm 1970 và 1980—sự phát triển này cho thấy một đóng góp chủ đạo cho những biến đổi nhiều thập kỷ trong quá khứ của tần suất HU và MH từ một số kết hợp của sự biến đổi khí hậu nội bộ nhiều thập kỷ (chẳng hạn như Biến đổi Nhiều thập kỷ Đại Tây Dương gắn liền với những biến đổi trong sức mạnh của vận chuyển nhiệt đại dương theo kinh tuyến ở Đại Tây Dương) và/hoặc lực cưỡng bức không phải khí nhà kính, chẳng hạn như những biến đổi trong sol khí nhân tạo hoặc tự nhiên.
Tỷ lệ đổ bộ bão ở Hoa Kỳ so với khu vực rộng lớn và MH/HU
Trong cơ sở dữ liệu HURDAT2 thô, sự phát triển theo quy mô thế kỷ của HU và MH NA được ghi lại trên toàn khu vực khác biệt đáng kể so với sự phát triển của HU và MH đổ bộ vào Hoa Kỳ. Sự khác biệt này dẫn đến sự suy giảm theo quy mô thế kỷ trong tỷ lệ bão tổng thể và bão lớn được ghi lại trên toàn khu vực đổ bộ vào Hoa Kỳ, với khoảng 40% MH trên toàn khu vực đổ bộ vào Hoa Kỳ với tư cách là MH. Một cách giải thích khả thi cho tỷ lệ giảm này là đã có một sự thay đổi theo quy mô thế kỷ trong các đường đi của HU và MH hoặc trong những thập kỷ gần đây, HU và MH đang mất đi cường độ hoặc bản chất nhiệt đới của chúng khi chúng đến gần bờ biển Hoa Kỳ. Một cách giải thích thay thế là các vụ đổ bộ HU và MH vào Hoa Kỳ đã được quan sát tốt hơn kể từ giữa những năm 1850 so với tần suất của cả hai trên toàn khu vực, dẫn đến sự thổi phồng sai lệch của tỷ lệ đổ bộ vào Hoa Kỳ so với toàn khu vực trong kỷ nguyên trước vệ tinh. Các bản ghi HU và MH trên toàn khu vực được điều chỉnh ủng hộ giả thuyết thứ hai: sau khi đã bao gồm điều chỉnh cho các cơn bão có khả năng bị thiếu, không còn có sự suy giảm rõ rệt theo quy mô thế kỷ trong tỷ lệ này.
Những thay đổi thế tục trong tỷ lệ HU và MH trên toàn khu vực đổ bộ vào Hoa Kỳ có thể được đánh giá bằng cách sử dụng mô hình hồi quy nhị thức với thời gian là hiệp biến. Đối với dữ liệu HURDAT2, những sự suy giảm theo quy mô thế kỷ trong tỷ lệ đổ bộ vào Hoa Kỳ rất có ý nghĩa. Sau khi điều chỉnh cho các cơn bão bị thiếu, sự suy giảm theo quy mô thế kỷ trong tỷ lệ HU đổ bộ vào Hoa Kỳ yếu hơn và có ý nghĩa khiêm tốn, phần lớn phản ánh ảnh hưởng của một cực đại trong những năm 1910. Tuy nhiên, những thay đổi theo quy mô thế kỷ trong tỷ lệ MH đổ bộ vào Hoa Kỳ không cho thấy bất kỳ thay đổi thế tục đáng kể nào, với khoảng 20–30% MH NA trong các giai đoạn 15 năm đã đổ bộ vào Hoa Kỳ với tư cách là MH. Dựa trên các ước tính đã điều chỉnh, có vẻ như tỷ lệ cố định của MH đổ bộ vào Hoa Kỳ so với toàn khu vực được báo cáo trong suốt cuối thế kỷ 20 đã rõ ràng kể từ giữa thế kỷ 19 và không thấy bằng chứng về sự điều chế mạnh mẽ nhiều thập kỷ của tỷ lệ MH đổ bộ vào Hoa Kỳ.
Trong các ước tính về độ nhạy của hoạt động HU NA đối với sự nóng lên do nhà kính gây ra và các dự báo thế kỷ 21 dựa trên các mô hình động hoặc thống kê-động, có sự nhất quán hơn đối với sự gia tăng trong tỷ lệ HU trở thành MH (nghĩa là, sự tăng cường của HU) so với tần suất tổng thể của HU hoặc MH. Trong tập dữ liệu HURDAT2 thô, có một sự gia tăng đáng kể theo quy mô thế kỷ trong tỷ lệ MH/HU NA kể từ cuối những năm 1800. Tuy nhiên, sau khi điều chỉnh được thêm vào cả HU và MH NA, tỷ lệ MH/HU chạy trong 15 năm bị chi phối bởi những biến động nhiều thập kỷ, với cực tiểu từ 25–30% vào giữa những năm 1850 và trong các thập kỷ tập trung vào những năm 1980 và cực đại từ 40–50% vào đầu đến giữa thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21. Các giá trị thấp trong giai đoạn 1850–1878, trong khi duy nhất trong bản ghi, cũng xảy ra trong giai đoạn mà chúng tôi ít tin tưởng nhất vào dữ liệu—dựa trên những cân nhắc này, chúng tôi xem với sự hoài nghi bất kỳ xu hướng theo quy mô thế kỷ nào chỉ phát sinh khi giai đoạn 1850–1878 được bao gồm. Trong phương pháp điều chỉnh của chúng tôi, chúng tôi cho rằng các tàu trên biển không nhằm mục đích tránh xa gió HU và MH (Giả định 5, phần “Phương pháp”)—giả định này có thể ít được chứng minh hơn đối với gió MH và có thể dẫn đến việc đánh giá thấp MH so với HU trong bản ghi ngay cả sau khi điều chỉnh. Tuy nhiên, sự gia tăng gần đây trong tỷ lệ HU NA trở thành MH, sau khi điều chỉnh, cũng được phản ánh trong kết quả, không phải là sự tiếp nối hoặc tăng tốc của một xu hướng dài hạn, mà là một sự phục hồi từ mức tối thiểu sâu sắc trong những thập kỷ xung quanh những năm 1980—xem bên dưới để biết thảo luận về các cơ chế có thể xảy ra.
Những thay đổi thế tục trong tỷ lệ HU trở thành MH thông qua mô hình hồi quy nhị thức với thời gian làm hiệp biến được đánh giá. Tỷ lệ HU đổ bộ vào Hoa Kỳ với tư cách là MH không cho thấy một thay đổi đáng kể đối với bất kỳ kỷ nguyên nào. Đối với cả HURDAT2 và chuỗi đã điều chỉnh, có một sự gia tăng đáng kể trong tỷ lệ MH trên toàn khu vực trong giai đoạn 1851–2019. Chuỗi HURDAT2 cho thấy ít nhất một sự gia tăng danh nghĩa trong tỷ lệ MH đối với tất cả các kỷ nguyên được khám phá, mặc dù giá trị p vượt quá 0,1 đối với các giai đoạn 1900–2019 và 1980–2019. Trong khi đó, đối với các bản ghi MH và HU đã điều chỉnh, các xu hướng trong tỷ lệ MH trên toàn khu vực không có ý nghĩa cũng như không có dấu hiệu nhất quán đối với giai đoạn 1878–2019 và 1900–2019. Sau khi điều chỉnh bản ghi MH và HU trên toàn khu vực, sự gia tăng theo quy mô thế kỷ trong tần suất MH trên toàn khu vực phụ thuộc vào kỷ nguyên trước năm 1878, trước khi Quân đoàn Tín hiệu Hoa Kỳ bắt đầu nỗ lực theo dõi tất cả HU Đại Tây Dương.
