Wzrost mocy huraganów

Sceptycy globalnego ocieplenia stwierdzają, że liczba huraganów na świecie się nie zmienia. Być może ich ilość nie wzrośnie znacząco, ale wiele wskazuje też na to, że w wyniku globalnego ocieplenia wzrastać będzie moc huraganów, a powodowane przez nie katastrofy będą coraz poważniejsze.

Więc jak to właściwie jest?

Cyklony tropikalne, zwane też huraganami (na Atlantyku i wschodnim Pacyfiku) i tajfunami (na zachodnim Pacyfiku) to potężne, niszczycielskie wiry powietrzne o prędkości wiatru przy powierzchni ziemi przekraczającej 118 km/h.

Jak powstaje huragan?

Cyklony tropikalne tworzą się nad wodami oceanicznymi, gdy temperatura w warstwie powierzchniowej oceanu o grubości przynajmniej 50m przekroczy 26.5°C. Im wyższa temperatura wody, tym silniejszy huragan.

Rys. Powstawanie huraganu.

Jak powstaje cyklon?

Aby mógł powstać cyklon tropikalny, powinny być jednocześnie spełnione następujące warunki:

  • Temperatura wody w warstwie powierzchniowej oceanu grubości co najmniej 50 m powinna przekraczać 26.5°C. Ocean stanowi wtedy zbiornik energii dostatecznie pojemny dla rozwoju cyklonu. Po utworzeniu się chmur powietrze jest ogrzewane i nawilżane przez ciepłą wodę oceanu.
  • Rozkład temperatury i wilgotności w atmosferze powinien być odpowiedni dla rozwoju intensywnych, wypiętrzonych chmur burzowych. Rozwija się wówczas głęboka (przez całą grubość troposfery) konwekcja, która może "rozkręcić" cały układ.
  • Odległość od równika powinna wynosić co najmniej 500 km. Na równiku pozioma składowa siły Coriolisa jest mała, dalej od równika unoszenie i opadanie wywołuje wirowanie układu.
  • Zmienność prędkości wiatru z wysokością w całej troposferze powinna być niewielka. Pozwala to na "zorganizowanie się" chmur konwekcyjnych w układ cykloniczny.

Gdy warunki te są spełnione i nad oceanem pojawi się słaby niż lub nawet zafalowanie pola ciśnienia (izobar), mogą się one rozwinąć w cyklon tropikalny wg następującego scenariusza:
W bliskim sąsiedztwie zmiany pola ciśnienia rozwija się kilka głębokich, burzowych chmur konwekcyjnych "zasysających" ciepłe i wilgotne powietrze znad oceanu. Pod nimi tworzy się obszar ciśnienia niższego niż w otoczeniu. Pod kompleks chmur napływa z otoczenia coraz więcej wilgotnego i ciepłego powietrza, które zaczyna się poruszać po spirali pod wpływem działania siły Coriolisa. Ruchy konwekcyjne intensyfikowane są przez lżejsze, bo ciepłe i wilgotne powietrze znad oceanu.

Następnie ruchy te organizują się tworząc układ wirujących chmur. Siła odśrodkowa działająca na ciężkie, bo ochłodzone i zawierające skroploną wodę powietrze sprawia, że w centrum układu powstaje najniższe ciśnienie i dzięki temu układ rozpędza się dalej. W tym momencie powstaje już cyklon tropikalny. Jego dalszy rozwój i ewentualne przekształcenie się w huragan zależą od ilości dostarczonej energii na trasie układu. Gdy wirowanie jest dostatecznie intensywne, a cyklon ma grubość całej troposfery, wtedy przyziemna warstwa nie nadąża z dostarczaniem powietrza do centrum, a powietrze zaczyna napływać też górą.

W środku układu wytwarza się tzw. oko cyklonu - bezchmurny obszar ze stosunkowo słabymi wiatrami i silnymi ruchami zstępującymi. Dostarczenie zimnego powietrza do centrum cyklonu przyspiesza kondensację wody napędzając cyklon jeszcze bardziej. Po przemieszczeniu nad chłodniejsze wody bądź ląd, gdzie układ nie otrzymuje dostatecznej ilości energii, cyklon tropikalny słabnie i zanika.

Cyklony tropikalne najczęściej rozwijają się na przełomie lata i jesieni, co jest związane z najwyższą temperaturą powierzchni wód w tym okresie. Na przykład na Atlantyku 96% huraganów o sile wiatru przekraczającej 50 m/s pojawia się między sierpniem a październikiem.

Huragany atlantyckie dzieli się na 5 kategorii, od 1-szej najsłabszej do 5-tej  najmocniejszej.

Skala Saffira-Simpsona

Studium huraganu - Katrina

Aby zrozumieć zachowanie huraganów prześledźmy losy najbardziej znanego huraganu - Katriny, który w sierpniu 2005 roku zatopił Nowy Orlean.

25 sierpnia 2005 roku, kiedy Katrina dotarła do wybrzeży Florydy, była zaledwie sztormem tropikalnym, ledwo sięgała mocą huraganu pierwszej, najniższej kategorii. Zdjęcie przedstawia Katrinę zbliżającą się do wybrzeży Florydy.

Rys. Katrina zbliżająca się do Florydy, jeszcze jako sztorm tropikalny a nie huragan. "The Inconvenient Truth", Al Gore

Po minięciu Florydy Katrina weszła nad wody Zatoki Meksykańskiej, po czym skręciła na północny zachód i zaczęła się poruszać wzdłuż ciepłego prądu, o temperaturze dochodzącej do 32°C, wpływającego do Zatoki Meksykańskiej przez cieśninę między Kubą i Jukatanem. Uwagę zwracają zmiany mocy huraganu w zależności od temperatury wody, szczególnie wzrost mocy huraganu po wejściu nad wody ciepłego prądu.

Rys. Zmiany mocy Katriny. TCHP jest miernikiem nie tylko temperatury, ale też i głębokości na jaką sięgają wysokie temperatury (Tropical Cyclone Heat Potential).

Nad ciepłymi i wilgotnymi wodami zatoki Katrina nabrała mocy, stając się huraganem 5-tej, najwyższej kategorii. Ciśnienie w oku Katriny spadło do zaledwie 902 hPa, a prędkość wiatru sięgnęła 280 km/h.

Trasa huraganu nad ciepłymi wodami i gwałtowny wzrost jego mocy zaskoczył nawet zazwyczaj dobrze przygotowane amerykańskie służby meteorologiczne. Ostrzeżenie dla Luizjany wydano dopiero 27 sierpnia, dwa dni przed uderzeniem huraganu w Nowy Orlean.

Zdj. Oko huraganu Katrina, zdjęcie lotnicze

Rys. Katrina przed uderzeniem w Nowy Orlean, już jako huragan 5 kategorii, "The Inconvenient Truth", Al Gore

29 sierpnia Katrina uderzyła w Nowy Orlean.

Niszczycielska siła huraganów

Niszczycielska siła huraganów przejawia się na trzy sposoby.

  • Pierwszym jest potężny wiatr, zrywający wszystkie dachy, równający z ziemią wiele budynków i wyrywający drzewa z korzeniami. W przypadku huraganu piątej kategorii ludzie muszą szukać schronienia w schronach.
  • Drugim czynnikiem są opady, które mogą przekraczać 1,8 m w ciągu doby. Powodują one powodzie, nasiąkanie ziemi wodą i osuwiska. Podczas przechodzenia huraganu Katrina na każdy metr kwadratowy ziemi spadło około 500 litrów wody.
  • Trzecim czynnikiem destrukcji są olbrzymie, mogące sięgać 6 metrów fale przypływowe spowodowane wiatrem oraz podnoszeniem się wody związanym z niskim ciśnieniem w oku cyklonu. Falom tym dodatkowo towarzyszą "normalne", wysokie fale sztormowe.

Wały przeciwpowodziowe zostały przerwane i pod wodą znalazło się 80% miasta. W niektórych miejscach głębokość wody sięgała kilku metrów.

Zdj. Zdjęcie Nowego Orleanu po przejściu Katriny, "The Inconvenient Truth", Al Gore

W katastrofie życie straciło 1836 osób, doszło do przemocy i rabunków, straty przekroczyły 100 miliardów dolarów. Wykres pokazuje dane kwoty wypłacone po katastrofie przez największe firmy ubezpieczeniowe, kwoty są podane w miliardach dolarów.

Rys. Kwoty wypłacone po huraganie Katrina przez największe firmy ubezpieczeniowe, kwoty są podane w miliardach USD.

Firmy ubezpieczeniowe mają poważny problem z oszacowaniem ryzyka związanego z huraganami, a więc i właściwych stawek ubezpieczeniowych. Czy opierać się na statystykach historycznych? Czy przyjąć w oparciu o bieżące statystyki, że moc huraganów wzrosła dwukrotnie? Czy ekstrapolować trend w przyszłość? Jakie środki zainwestować w te analizy? Wiele firm ubezpieczeniowych rozwiązuje problem w najprostszy sposób - zamykając swoje oddziały w zagrożonych przez huragany rejonach lub nie sprzedając takich ubezpieczeń.

Odbudowa Nowego Orleanu potrwa 25 lat. Według początkowych założeń miasto miałoby być odporne nawet na rekordowe huragany. Podobne plany pojawiły się po huraganie Betsy z 1965 roku. Jednak życie pisze swój scenariusz.

Dziś widać już, że w przewidywalnej przyszłości wały przeciwpowodziowe Nowego Orleanu nie będą w stanie ochronić miast nawet przed kolejnym sztormem o mocy Katriny. Kiedy Korpus Inżynieryjny Armii Stanów Zjednoczonych ukończy kosztujące 14.8 miliarda dolarów prace, miasto będzie miało zapewnione jedynie częściową ochronę - przed huraganem statystycznie zdarzającym się raz na 100 lat.

Opracowanie dokumentacji wałów chroniących przed huraganem zdarzającym się raz na 500 lat nawet nie zostało jeszcze wykonane. A wybudowanie wałów przeciwpowodziowych chroniących przed huraganem zdarzającym się na sto lat, nie daje żadnej gwarancji, że mocniejszy huragan nie będzie miał miejsca w ciągu kilku lat. Szczególnie w świecie, w którym moc huraganów wzrasta.

Rezultat prac, termin ich zakończenia i koszt również są zagrożone przez partykularne interesy, podobnie jak po huraganie Betsy. Politycy i deweloperzy nalegają na budowę nieruchomości na zagrożonych, często położonych poniżej poziomu morza terenach depresyjnych, właściciele łodzi protestują przeciw przeszkadzającym im w żegludze budowie zapór przeciwpowodziowych na rzekach i kanałach, mieszkańcy pozywają do sądu za wycinanie zagrażającym tamie drzewom na ich posiadłościach, swoje dokładają też lokalni ekolodzy w imieniu ochrony terenów podmokłych blokując budowę wałów w newralgicznych rejonach.

Spytano klimatologa:
- Czy należy odbudować Nowy Orlean w tym samym miejscu?
Ten odpowiedział:
- Nie.

Wysoko rozwinięte kraje posiadają środki, umożliwiające im zabezpieczenie się przed najgorszym: ostrzeżenie ludności, przeprowadzenie ewakuacji, wybudowanie schronień, zapewnienie bezpieczeństwa i porządku na obszarze dotkniętym katastrofą, zapewnienie działania służb ratowniczych i dostarczenie pomocy poszkodowanym.

Nie wszędzie jednak tak jest. Huragany, a właściwie tajfuny, uderzają też w Azję Południowo Wschodnią. Wystawione na działanie tajfunów kraje takie, jak Bangladesz czy Birma, nie dysponują takimi możliwościami. Szczególnie wyraźnie zaznaczyło się to wiosną 2008 roku, kiedy tajfun Nargis, przemieszczając się nietypową trasą, ominął górskie rejony Birmy i uderzył w płaskie tereny nizinne. Chociaż był śledzony i zakwalifikowany do silnych tajfunów na kilkadziesiąt godzin przed uderzeniem, ludność nie została ostrzeżona.

Huragan 4 kategorii, taki, jak Nargis, podnosi poziom wody o ponad 5 metrów, do tego dochodzi wysokość samych fal. Teren, w który uderzył tajfun, był wyjątkowo wrażliwy na takie zjawisko. Ciągnąca się kilkadziesiąt kilometrów, pozbawiona wałów ochronnych, nadmorska nizina nie stanowiła osłony przed uderzającymi w ląd potężnymi falami. Wycięte wcześniej lasy namorzynowe dodatkowo odsłoniły teren. Fale wdarły się na blisko 100 kilometrów w głąb lądu (zdjęcia). Wszystko, co nie zostało zalane, było wystawione na działanie wiatru, którego prędkość w porywach sięgała 300 km/h.

Zdj. Birma przed uderzeniem tajfunu Nargis i po jego przejściu. Uwagę zwracają zalane tereny leżące wcześniej dziesiątki kilometrów od oceanu. Źródło: wikipedia.

Obszar delty Irrawady został praktycznie zmieciony. Słona woda zalała pola, zniszczone zostały domy, zapasy żywności i praktycznie cała lokalna infrastruktura. Rządząca krajem junta wojskowa nie udzieliła mieszkańcom praktycznie żadnej pomocy, wstrzymała też pomoc humanitarną z zewnątrz.

W rezultacie katastrofy straty wyniosły 4 miliardy dolarów, a śmierć poniosło co najmniej 146 000 ludzi.

Huragany - co niesie przyszłość

Katrina była najbardziej kosztownym huraganem w historii, ale rekordy są ustanawiane z niepokojącą regularnością. Chociaż w żadnym pojedynczym przypadku nie można powiedzieć "ten huragan nie miałby miejsca, gdyby nie globalne ocieplenie", to jednak szereg obserwacji sugeruje, że gwałtowność huraganów wzrasta.

  • 2001: cyklon Agni zbliża się do równika na 80 km;
  • 2004: Catherine - pierwszy w historii huragan na południowym Atlantyku;
  • 2005: silne huragany (4 i 5 kategoria) na Atlantyku w 4 miesiącach (rekord); pierwszy huragan który dotarł do Hiszpanii; tak wiele cyklonów, że wyczerpała się oficjalna lista imion;
  • 2007: najpotężniejszy w historii Półwyspu Arabskiego cyklon Gonu;
  • 2007: sezon otworzyły dwa huragany 5 kategorii;
  • 2008: silne huragany (4 i 5 kategoria) na Atlantyku w 5 miesiącach (rekord); rekordowo długotrwały huragan Berta

Fot. Marzec 2004, pierwszy w historii obserwacji huragan na południowym Atlantyku.

Rys. Zestawienie huraganów na Atlantyku, na podstawie danych NOAA.

Na razie temperatury wzrosły o ułamek stopnia, wzrost mocy huraganów również nie jest wielki. Naukowcy analizują, jaka jest zależność między wzrostem temperatury, a zwiększeniem się mocy huraganów i ich liczby. Czy nie jest tak, że wszystko można wytłumaczyć dokładniejszymi metodami obserwacji lotniczych i satelitarnych?
Istnieją silne argumenty przemawiające za dodatnią korelacją pomiędzy wzrostem temperatury oceanu a wzrostem mocy huraganów. Na poniższym wykresie porównane są temperatura powierzchni oceanów (SST - Sea Surface Temperature) i sumaryczna moc huraganów, liczona jako suma trzecich potęg mierzonych prędkości wiatru (PDI - Power Distribution Index).

Rys. Korelacja temperatury powierzchni oceanu (SST) i mocy huraganów (PDI–Power Dissipation Index) na północnym Atlantyku. Źródło: nature.

Rys. Korelacja temperatury powierzchni oceanu (SST) i mocy huraganów (PDI–Power Dissipation Index) na północnym Pacyfiku. Źródło: nature.

W przeciągu 30 lat obserwowana moc huraganów podwoiła się.

Zależność pomiędzy temperaturą powierzchni oceanu, a energią huraganu, jest wyraźna. Nie przewiduje się jednak wzrostu liczby huraganów - potrzebują one sporo miejsca na uformowanie się, ponadto huragan wyciąga ciepło z powierzchniowych warstw wody, więc następny huragan na tym obszarze może powstać dopiero, kiedy temperatura wody znów wzrośnie do odpowiednio wysokiego poziomu.

Wykres obrazuje prognozy zmiany mocy huraganów przy wzroście zawartości dwutlenku węgla w atmosferze do 220% zawartości obecnej (do 800 ppmv). Źródło: Wikipedia, Global Warming Art

Jednak niektóre modele dają nadzieję, że będą też występować wzmocnione czynniki przeciwdziałające formowaniu się huraganów, takie jak wzrost zmienności prędkości wiatru wraz z wysokością w troposferze rozbijający formujący się huragan czy też rosnący wpływ El Niño wzmagający prądy strumieniowe nad Atlantykiem, co również zapobiega powstawaniu huraganów. Z drugiej strony, huragany, które mimo wszystko powstaną, będą należały do silniejszych. Naukowcy nie są pewni, jak będzie zmieniać się moc, częstość występowania i trajektorie huraganów.

Kategoria 5 huraganów jest na razie otwarta od góry, jednak jeśli pojawiłyby się huragany o stałej prędkości wiatru przekraczającej 300 km/h, pojawiłaby się konieczność rozszerzenia skali i dodania nowej, 6-tej kategorii, co jest już obecnie rozważane.

Hiperkan - coś więcej, niż huragan

Nowym, prognozowanym przez klimatologów zjawiskiem są hiperkany. Hiperkany to huragany o wyjątkowej energii, a w konsekwencji o dużo wyższej prędkości i niższym ciśnieniu w centrum niż w przypadku "normalnych" huraganów.

Przypuszcza się, że hiperkany mogą formować się przy temperaturach wody przekraczających 40 - 50°C, co przy dzisiejszych rekordach temperatury wody na poziomie 35°C wydaje się niemożliwe. Pierwotnie naukowcy rozważali hiperkany w kontekście uderzenia w wodę asteroidu lub wybuchu podwodnych wulkanów. Ostatnio jednak pojawiły się przypuszczenia, że globalne ocieplenie w skrajnym przypadku może spowodować pojawienie się tych zjawisk, szczególnie w wypadku destabilizacji pokładów hydratu metanu z dna oceanicznego i wzrostu temperatury związanego z wydostaniem się do atmosfery olbrzymich dodatkowych ilości tego silnego gazu cieplarnianego.

Wyższa energia hiperkanu pozwoliłaby mu na osiągnięcie prędkości wiatru na poziomie 600-800 km/h. Ciśnienie w centrum hiperkanu spadałoby do 650 hPa, a ściany wokół oka sięgałyby wysokości 30 km (w porównaniu z 15 km dla huraganu 5-tej kategorii).

Hiperkanowi do istnienia potrzebna jest energia z gorącej wody, więc po wejściu nad ląd szybko by osłabł. Jednak zanim by to nastąpiło, uderzyłby z siłą kilkukrotnie większą od huraganu 5-tej kategorii. Sięgające 20 metrów fale zalałyby ląd. Wiatry, przewyższające mocą tornado klasy F5 (o rozmiarach hiperkanu nie wspominając), zrywałyby drzewa, budynki, drogi, a nawet ziemię. Hiperkan ang byłby w stanie zedrzeć ziemię do gołej skały i cisnąć ją do oceanu...

Pocieszające jest to, że takie zjawisko wymagałoby wyjątkowo wysokiej temperatury wody, a po wejściu na ląd szybko znika, więc mogłoby unicestwiać jedynie nadmorskie miejscowości w rejonach tropikalnych i zwrotnikowych.

Aktualny przegląd cyklonów ang .

Wyższa temperatura powietrza oznacza także wzrost temperatury wody i większe możliwości jej pochłaniania przez cieplejsze powietrze. Cieplejsza woda szybciej paruje, co powoduje wzrost ilości opadów, a więc i możliwości występowania nagłych i intensywnych deszczy oraz będących ich konsekwencją powodzi. Jakie są możliwe zmiany w profilach opadów przeczytaj w artykule: zmiany w opadach .

Wykonanie PONG, grafika GFX RedFrosch.



logowanie | nowe konto