Sturmflut

Für andere Verwendungen siehe Sturmflut (Disambiguierung).

A Sturmflut, Sturmflut, Springflut, oder Sturmflut ist ein Küstenflut oder Tsunami-artiges Phänomen von steigendem Wasser niedriger Druck Wettersysteme wie z. Zyklone. Es wird als Anstieg des Wasserspiegels über dem normalen Gezeitengehalt gemessen und enthält keine Wellen.

Die Hauptstufe meteorologisch Faktor, der zu einem Sturmflut beiträgt, ist der Hochgeschwindigkeitswind, der über einen langen Wasser in Richtung der Küste drückt bringen.[1] Andere Faktoren, die den Schweregrad der Sturmflut beeinflussen Gezeitenund der atmosphärische Druckabfall aufgrund des Sturms. Es gibt einen Hinweis darauf, dass der Klimawandel die Gefahr von Sturmfluten erhöht. [2]

Einige theoretisieren das, wenn extremes Wetter intensiver und Meeresspiegel steigt wegen KlimawandelEs wird erwartet, dass der Sturmflut mehr Risiko für die Küstenpopulationen verursacht.[3] Gemeinschaften und Regierungen kann sich anpassen Durch den Bau einer harten Infrastruktur, wie Anstiegsbarrieren, weiche Infrastruktur, wie Küstendünen oder MangrovenVerbesserung der Küstenbaupraktiken und Aufbau sozialer Strategien wie Frühwarnung, Bildung und Evakuierungspläne.[3]

Mechanik

Mindestens fünf Prozesse können an der Änderung beteiligt sein Tide Niveaus während Stürmen.[4]

Direkter Windeffekt

Starke Oberflächenwinde verursachen Oberflächenströme in einem Winkel von 45 ° zur Windrichtung durch einen Effekt, der als die bekannt ist Ekman Spiral. Windbelastungen verursachen ein Phänomen, das als "Windanwalt" bezeichnet wird. Dies ist die Tendenz, dass der Wasserspiegel an der Kanalisel ansteigt und am Ufer des Vorwinds abnimmt. Intuitiv wird dies durch den Sturm verursacht, der das Wasser in eine Seite des Beckens in Richtung seiner Winde bläst. Da sich die Ekman -Spiraleffekte vertikal durch das Wasser ausbreiten, ist der Effekt proportional zur Tiefe. Der Anstieg wird genauso in Buchten getrieben wie die astronomische Flut.[4]

Atmosphärischer Druckeffekt

Die Druckeffekte eines tropischen Zyklons führen dazu, dass der Wasserstand im offenen Ozean in Regionen mit niedrig Luftdruck und fallen in Regionen mit hohem atmosphärischem Druck. Der steigende Wasserstand wirkt dem niedrigen atmosphärischen Druck entgegen, so dass der Gesamtdruck in einer Ebene unter der Wasseroberfläche konstant bleibt. Dieser Effekt wird bei einem Anstieg des Meeresspiegels um 10 mm (0,39 Zoll) für jeden geschätzt Millibar (HPA) Abfall des atmosphärischen Drucks.[4] Beispielsweise wird erwartet, dass ein schwerer Sturm mit einem Druckabfall von 100 Millibar einen Wasserstand von 1,0 m (3,3 Fuß) gegenüber dem Druckeffekt aufweist.

Wirkung der Erdrotation

Die Rotation der Erde verursacht die Corioliskraft, die Ströme nach rechts in der nördlichen Hemisphäre und links in der südlichen Hemisphäre biegt. Wenn diese Biegung die Ströme in mehr senkrechter Kontakt mit dem Ufer bringt, kann sie den Anstieg verstärken, und wenn sie den Strom vom Ufer abbiegt, hat sie den Einfluss, den Anstieg zu verringern.[4]

Wirkung von Wellen

Die Wirkung von Wellen unterscheidet sich, während er direkt vom Wind betrieben wird, von den windbetriebenen Strömungen eines Sturms. Der mächtige Wind peitscht große, starke Wellen in Richtung seiner Bewegung.[4] Obwohl diese Oberflächenwellen für sehr wenig Wassertransport in offenem Wasser verantwortlich sind, können sie für einen signifikanten Transport in der Nähe des Ufers verantwortlich sein. Wenn Wellen mehr oder weniger parallel zum Strand auf einer Linie brechen, tragen sie eine beträchtliche Wasserküste. Wenn sie brechen, weist das Wasser, das sich zum Ufer bewegt, erheblich an Dynamik auf und kann einen abfallenden Strand bis zu einer Höhe über der mittleren Wasserlinie hinauffahren, die vor dem Brechen die doppelte Wellenhöhe überschreiten kann.[5]

Niederschlagseffekt

Der Niederschlagseffekt wird überwiegend in erlebt Flussmündungen. Hurrikane können in 24 Stunden in großen Gebieten und höhere Niederschlagsdichten in lokalisierten Gebieten bis zu 300 mm Niederschlag in 24 Stunden fallen lassen. Als Ergebnis, Oberflächenabfluss Kann schnell Ströme und Flüsse überfluten. Dies kann den Wasserstand in der Nähe des Kopfes der Gezeitengummis erhöhen, da stürmische Gewässer, die aus dem Ozean strömen, den Niederschlag erfüllen, der stromabwärts in die Mündung fließt.[4]

Seetie und Topographie

Zusätzlich zu den oben genannten Prozessen werden Sturmflut und Wellenhöhen an der Küste auch durch den Wasserfluss über die darunter liegende Topographie beeinflusst, d. H. Die Form und Tiefe des Meeresbodens und des Küstengebiets. Ein Pfeil RegalMit tiefem Wasser relativ nahe an der Küste neigt dazu, einen niedrigeren Anstieg, aber höhere und leistungsstärkere Wellen zu erzeugen. Ein breites Regal mit flacherem Wasser neigt dazu, einen höheren Sturmflut mit relativ kleineren Wellen zu erzeugen.

Zum Beispiel in Palmenstrand an der Südostküste von FloridaDie Wassertiefe erreicht 91 Meter (299 ft) 3 km (1,9 mi) Offshore und 180 m (590 ft) 7 km (4,3 mi) heraus. Dies ist relativ steil und tief; Der Sturmflut ist nicht so groß, aber die Wellen sind größer als die Westküste Floridas.[6] Umgekehrt kann auf der Golfseite von Florida der Rand des Floridian Plateaus mehr als 160 Kilometer vor der Küste liegen. Florida Bayzwischen den Florida -Schlüssel und dem Festland ist sehr flach mit Tiefen zwischen 0,3 m (0,98 Fuß) und 2 m (6,6 Fuß).[7] Diese flachen Gebiete unterliegen höheren Sturmfluten mit kleineren Wellen. Andere flache Gebiete umfassen viel von der Golf von Mexiko Küste und die Golf von Bengalen.

Der Unterschied ist darauf zurückzuführen, wie viel Flussbereich der Sturmflut auflösen kann. In tieferem Wasser gibt es mehr Flächen und ein Anstieg kann vom Hurrikan verteilt werden. Auf einem flachen, leicht abfallenden Regal hat der Anstieg weniger Raum zum Verbreiten und wird von den Windkräften des Hurrikans an Land gefahren.

Die Topographie der Landoberfläche ist ein weiteres wichtiges Element in der Sturmflut. Gebiete, in denen das Land weniger als ein paar Meter über dem Meeresspiegel liegt, besteht aus besonderem Risiko durch die Überschwemmung des Sturmflutes.[4]

Sturmgröße

Die Größe des Sturms wirkt sich auch auf die Anstiegshöhe aus; Dies liegt an der Fläche des Sturms, die nicht proportional zu seinem Umfang ist. Wenn sich ein Sturm im Durchmesser verdoppelt, verdoppelt sich auch sein Umfang, aber seine Fläche vervierfacht. Da der Anstieg proportional weniger Umfang vorliegt, ist die Anstiegshöhe höher.[8]

Hurrikan Ike Sturmflutschaden in Gilchrist, Texas in 2008.

Extratropische Stürme

Ähnlich wie bei tropischen Zyklonen verursachen extratropische Zyklone einen Offshore -Wasseranstieg. Im Gegensatz zu den meisten tropischen Zyklonsturmflächen können extratropische Zyklone je nach System über einen großen Bereich über einen großen Bereich längerer Zeitraum hinweg verursachen.

In Nordamerika können an der Küste der Pazifik und Alaska extratropische Sturmfluten und an der Atlantikküste nördlich von 31 ° N auftreten. Küste mit Meereis können einen "Eis Tsunami" erleben, der im Landesinneren erhebliche Schäden verursacht.[9] Extratropische Sturmfluten können weiter nach Süden für die möglich sein Golfküste Meistens im Winter, wenn extratropische Wirbelstürme die Küste beeinflussen, wie in der 1993 Sturm des Jahrhunderts.[10]

9. bis 13. November 2009 war ein bedeutendes extratropisches Sturmflut -Event an der Ostküste der Vereinigten Staaten, als die Überreste von Hurrikan Ida developed into a Nor'easter Vor der südöstlichen US -Küste. Während der Veranstaltung waren Winde aus dem Osten für einige Tage entlang der nördlichen Peripherie des Niederdruckzentrums anwesend und zwangen Wasser in Orte wie z. Chesapeake Bay. Der Wasserstand stieg signifikant an und blieb für mehrere Tage lang bis zu 2,4 m über dem Normalwert an zahlreichen Stellen im gesamten Chesapeake, da das Wasser in der Mündung ständig von den Onshore-Winden und Süßwasserregen in die Bucht aufgebaut wurde . In vielen Orten waren die Wasserspiegel um Aufzeichnungen um nur 3 cm (nur 3 cm).

Anstieg messen

Der Anstieg kann direkt an der Küstengezeiten als Differenz zwischen der Prognose und dem beobachteten Wasseranstieg gemessen werden.[11] Eine andere Methode zur Messung des Anstiegs ist der Einsatz von Druckwandlern entlang der Küste kurz vor einem sich nähernden tropischen Zyklon. Dies wurde zum ersten Mal getestet Hurrikan Rita im Jahr 2005.[12] Diese Arten von Sensoren können an Orten platziert werden, die untergetaucht sind und die Höhe des Wassers über ihnen genau messen können.[13]

Nach einem Anstieg eines Zyklon Hochwassermarken (HWM) an Land, in einem strengen und detaillierten Prozess, der Fotos und schriftliche Beschreibungen der Noten enthält. HWMS bezeichnen die Lage und den Anstieg von Hochwasser aus einem Sturmereignis. Wenn HWMs analysiert werden, kann diese Marke als Sturmflut klassifiziert werden, wenn die verschiedenen Komponenten der Wasserhöhe ausgebrochen werden können, so dass der Anstieg zu ergeben ist. Ansonsten wird es als Sturmflut eingestuft. HWMS an Land wird auf a verwiesen vertikales Datum (ein Referenzkoordinatensystem). Während der Bewertung werden HWMS in vier Kategorien unterteilt, die auf dem Vertrauen in die Marke basieren. In den USA werden nur HWMS als "ausgezeichnet" von der verwendet Nationales Hurrikanzentrum In der Nachstormanalyse des Anstiegs.[14]

Zwei verschiedene Maßnahmen werden für Sturmflut- und Sturmflutmessungen verwendet. Sturmflut wird mit a gemessen geodetisch vertikales Datum (NGVD 29 oder Navd 88). Da der Sturmflut als den Anstieg des Wassers definiert ist, der über die durch die durch Gezeiten verursachte normale Bewegung hinaus erwartet wird, wird der Sturmflut unter Verwendung von Gezeitenvorhersagen gemessen, mit der Annahme, dass die Gezeitenvorhersage bekannt ist und nur langsam in der Region-Subjekt variiert zum Anstieg. Da die Gezeiten ein lokalisiertes Phänomen sind, kann der Sturmflut nur im Zusammenhang mit einer nahe gelegenen Gezeitenstation gemessen werden. Tidal -Benchmark -Informationen an einer Station liefert eine Übersetzung vom geodätischen vertikalen Datum auf mittlerer Meeresspiegel (MSL) An dieser Stelle liefert das Subtrahieren der Gezeitenvorhersage eine Überspannungshöhe über der normalen Wasserhöhe.[11][14]

SCHWAPPEN

Hauptartikel: Meer, See und Überland stiegen von Hurrikanen aus
Siehe auch: Tropische Zyklonprognose
Beispiel eines schwierigen Laufs

Das National Hurricane Center prognostiziert Sturmfluten mit dem SHOSH -Modell, das eine Abkürzung für Meer, See und Überland von Hurrikanen darstellt. Das Modell ist genau auf 20 Prozent.[15] Die SHOSH -Eingänge umfassen den zentralen Druck eines tropischen Zyklons, die Sturmgröße, die Vorwärtsbewegung des Zyklons, seine Spur und maximal anhaltende Winde. Lokale Topographie, Bucht und Flussorientierung, Tiefe des Meeresbodens, astronomische Gezeiten sowie andere physikalische Merkmale werden in einem vordefinierten Netz berücksichtigt, das als schwarzes Becken bezeichnet wird. Überlappende schwärmende Becken sind für die südliche und östliche Küste des kontinentalen US -US -amerikanischen Unternehmens definiert.[16] Einige Sturmsimulationen verwenden mehr als ein schwarzes Becken; Zum Beispiel verwendeten das Hurrikan Katrina SHOSH MODELLE beide Lake Pontchartrain / New Orleans Becken und die Mississippi -Sound Becken für den Landnordgolf von Mexiko. Die endgültige Ausgabe aus dem Modelllauf zeigt die maximale Wasserhülle oder Miau, die an jedem Ort aufgetreten ist.

Um Track- oder Prognoseunsicherheiten zu ermöglichen, werden in der Regel mehrere Modelle mit unterschiedlichen Eingabeparametern ausgeführt, um eine Karte von Müttern oder Maximum der Maximums zu erstellen.[17] Für Studien zur Evakuierung von Hurrikanen werden eine Familie von Stürmen mit repräsentativen Spuren für die Region und unterschiedliche Intensität, Augendurchmesser und Geschwindigkeit modelliert, um für jedes tropische Zyklon-Vorkommen die wachsenden Wasserhöhen zu erzeugen. Die Ergebnisse dieser Studien werden typischerweise aus mehreren tausend Sosh -Läufen erzeugt. Diese Studien wurden von der abgeschlossen Ingenieurkorps der United States Army Corps, unter Vertrag an die nationale Koordinationsstelle der Vereinigten Staaten für Katastrophenhilfefür mehrere Staaten und sind auf ihrer Website für Hurricane Evakuierungsstudien (HES) verfügbar.[18] Dazu gehören Coastal County Maps, die schattiert sind, um die Mindestkategorie des Hurrikans zu identifizieren, die zu Überschwemmungen in jedem Bereich des Landkreises führen.[19]

Auswirkungen

Der Sturmflut ist als Teil von Zyklonen für erhebliche Sachschäden und Lebensverluste verantwortlich. Der Sturmflut zerstört beide gebaute Infrastruktur, wie Straßen und untergräbt Fundamente und Baustrukturen.

Unerwartete Überschwemmungen in Flussmündungen und Küstengebieten können die Bevölkerung unvorbereitet erwecken und den Verlust des Lebens verursachen. Der tödlichste Sturmflut, der produziert wurde, war der 1970 Bhola Cyclone.

Darüber hinaus kann der Sturmflut durch andere Prozesse das menschlich-ausgebildete Land verursachen oder verwandeln Bodenfruchtbarkeit, zunehmen Salzwasser -Eindringen, Verletzung des Lebensraums von Wildtieren und Verbreitung von Chemikalien oder anderen Verunreinigungen aus menschlicher Lagerung.

Minderung

Obwohl meteorologische Erhebungen über Hurrikane oder schwere Stürme aufmerksam machen, gibt es in den Gebieten, in denen das Risiko einer Küstenüberschwemmung besonders hoch ist, spezifische Warnungen für Sturmflut. Diese wurden zum Beispiel in der implementiert Niederlande,[20] Spanien,[21][22] Die Vereinigten Staaten,[23][24] und die Vereinigtes Königreich.[25] In ähnlicher Erziehung der Küstengemeinschaften und die Entwicklung lokaler Evakuierungspläne können die relativen Auswirkungen auf die Menschen verringern.

Eine prophylaktische Methode, die nach dem eingeführt wurde Nordseeflut von 1953 ist der Bau von Staudämmen und Sturmbarrieren (Hochwasserbarrieren). Sie sind offen und erlauben freien Durchgang, aber eng, wenn das Land einer Sturmflut bedroht. Große Sturmflutbarrieren sind die Oostscheldekering und Maeslantkern in den Niederlanden, die Teil der sind Delta funktioniert Projekt; das Thames -Barriere schützen London; und die Saint Petersburg Damm in Russland.

Eine weitere moderne Entwicklung (in den Niederlanden in den Niederlanden) ist die Schaffung von Wohngemeinschaften an den Rändern von Feuchtgebieten mit schwimmenden Strukturen, die von vertikalen Pylonen in Position gehalten werden.[26] Solche Feuchtgebiete können dann verwendet werden, um Abflüsse und Anstände aufzunehmen, ohne die Strukturen zu schädigen und konventionelle Strukturen in etwas höheren, niedrig liegenden Erhöhungen zu schützen, sofern Deiche das Eindringen von größerem Surge verhindern.

Andere weiche Anpassungsmethoden können wechseln Mangroven oder Dünen

Für Festlandgebiete ist der Sturmflut eher eine Bedrohung, wenn der Sturm Land von See nach Land ausstößt, als sich von Land aus zu nähern.[27]

Reverse Sturmflut

Wasser kann auch vor einem Sturmflut vom Ufer entfernt werden. Dies war 2017 kurz zuvor an der Küste Westfloridas der Fall Hurrikan Irma Landung gemacht und Land normalerweise unter Wasser aufdecken.[28] Dieses Phänomen ist als a bekannt Reverse Sturmflut,[29] oder ein negativer Sturmflut.[30]

Historische Sturmfluten

Elemente einer Sturmflut bei Flut
Totale Zerstörung der Bolivar -Halbinsel (Texas) durch Hurrikan Ike'S Sturmflut im September 2008

Der tödlichste Sturmflut, der produziert wurde, war der 1970 Bhola Cyclone, was bis zu 500.000 Menschen im Bereich der tötete Golf von Bengalen. Die tief liegende Küste der Bucht von Bengalen ist besonders anfällig für Anstände, die durch tropische Zyklone verursacht werden.[31] Der tödlichste Sturmflut des 21. Jahrhunderts wurde durch die verursacht Cyclone Nargis, was mehr als 138.000 Menschen in getötete Myanmar im Mai 2008. Der nächste tödlichste in diesem Jahrhundert wurde durch die verursacht Taifun Haiyan (Yolanda), bei der mehr als 6.000 Menschen im Zentrum getötet wurden Philippinen im Jahr 2013[32][33][34] und führte zu wirtschaftlichen Verlusten, die auf 14 Milliarden US -Dollar (USD) geschätzt wurden.[35]

Das Galveston Hurricane von 1900, a Kategorie 4 Hurrikan das schlug Galveston, Texas, fuhr einen verheerenden An Land; zwischen 6.000 und 12.000 Menschenleben gingen verloren und machte es zum tödlichsten Naturkatastrophe Immer die Vereinigten Staaten zu schlagen.[36]

Die höchste Sturmflut, die in historischen Berichten festgestellt wurde, wurde von 1899 erstellt Zyklon Mahina, geschätzt auf 13,41 m bei fast 44 Fuß bei Bathurst Bay, AustralienDie im Jahr 2000 veröffentlichten Forschungen kam jedoch zu dem Schluss, dass der Großteil davon wahrscheinlich Wellenlauf aufgrund der steilen Küstentopographie war.[37] Ein Großteil dieses Sturmflutes war jedoch wahrscheinlich auf Mahinas extreme Intensität zurückzuführen, da die Computermodellierung eine Intensität von 880 Millibar (26 INHG) (die gleiche Intensität wie der niedrigste Druck aus dem Sturm) erforderte, um den aufgezeichneten Sturmflut zu erzeugen.[38] In den Vereinigten Staaten wurde einer der größten aufgezeichneten Sturmfluten erzeugt von Wirbelsturm Katrina Am 29. August 2005, der einen maximalen Sturmflut von mehr als 28 Fuß (8,53 m) im Süden erzeugte Mississippimit einer Sturmfluthöhe von 27,8 Fuß (8,47 m) in Pass Christian.[39][40] Ein weiterer Rekordsturmflut trat in diesem Gebiet aus auf Hurrikan Camille 1969 mit einer Sturmflut von 7,50 m, ebenfalls bei Pass Christian.[41] In einer Sturmflut von 4,27 m kam es in einem 14 Fuß ( New York City während Hurrikan Sandy Im Oktober 2012.

Siehe auch

Anmerkungen

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