Sturmflut - Storm surge

Eine Sturmflut , Sturmflut , Flutwelle oder Sturmflut ist eine Küstenflut oder ein Tsunami- ähnliches Phänomen von steigendem Wasser, das häufig mit Niederdruckwettersystemen wie Zyklonen in Verbindung gebracht wird . Es wird als Anstieg des Wasserspiegels über den normalen Gezeitenstand gemessen und schließt Wellen nicht ein.

Der Haupt meteorologische Faktor zu einer Sturmflut beiträgt , ist High-Speed - Wind drückt Wasser in Richtung Küste über einen langen holen . Andere Faktoren, die die Schwere der Sturmflut beeinflussen, sind die Flachheit und Ausrichtung des Wasserkörpers im Sturmpfad, der Zeitpunkt der Gezeiten und der atmosphärische Druckabfall aufgrund des Sturms.

Die meisten Opfer bei tropischen Wirbelstürmen ereignen sich als Folge von Sturmfluten, und Überschwemmungen sind eine Hauptquelle für Schäden an Infrastruktur und Eigentum bei Stürmen. Einige vermuten, dass Sturmfluten , wenn extremes Wetter intensiver wird und der Meeresspiegel aufgrund des Klimawandels ansteigt , voraussichtlich ein größeres Risiko für die Küstenbevölkerung darstellen werden. Gemeinden und Regierungen können sich anpassen, indem sie harte Infrastrukturen wie Überspannungsbarrieren , weiche Infrastrukturen wie Küstendünen oder Mangroven aufbauen, die Küstenbaupraktiken verbessern und soziale Strategien wie Frühwarnung, Bildung und Evakuierungspläne entwickeln.

Mechanik

Mindestens fünf Prozesse können an der Änderung des Gezeitenniveaus bei Stürmen beteiligt sein.

Direkter Windeffekt

Starke Oberflächenwinde verursachen Oberflächenströmungen in einem Winkel von 45° zur Windrichtung durch einen Effekt, der als Ekman-Spirale bekannt ist . Windspannungen verursachen ein Phänomen, das als "Windsetup" bezeichnet wird, das die Tendenz ist, dass der Wasserspiegel an der stromabwärtigen Küste ansteigt und an der stromaufwärtigen Küste abnimmt. Intuitiv wird dies dadurch verursacht, dass der Sturm das Wasser in Richtung seiner Winde zu einer Seite des Beckens bläst. Da sich die Effekte der Ekman-Spirale vertikal im Wasser ausbreiten, ist der Effekt proportional zur Tiefe. Die Flut wird wie die astronomische Flut in Buchten getrieben.

Atmosphärendruckeffekt

Die Druckwirkung eines tropischen Wirbelsturms wird dazu führen, dass der Wasserspiegel im offenen Ozean in Regionen mit niedrigem Luftdruck ansteigt und in Regionen mit hohem Luftdruck sinkt. Der steigende Wasserspiegel wirkt dem niedrigen atmosphärischen Druck entgegen, sodass der Gesamtdruck in einer Ebene unter der Wasseroberfläche konstant bleibt. Dieser Effekt wird auf einen Anstieg des Meeresspiegels um 10 mm (0,39 Zoll) pro Millibar (hPa) Abfall des Atmosphärendrucks geschätzt . Bei einem größeren Sturm mit einem Druckabfall von 100 Millibar würde man beispielsweise erwarten, dass der Wasserspiegel aufgrund des Druckeffekts um 1,0 m (3,3 ft) ansteigt.

Auswirkung der Erdrotation

Die Erdrotation verursacht den Coriolis-Effekt , der Strömungen auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links biegt. Wenn diese Biegung die Strömungen in einen senkrechteren Kontakt mit dem Ufer bringt, kann sie die Brandung verstärken, und wenn sie die Strömung vom Ufer weg biegt, hat dies den Effekt, die Brandung zu verringern.

Wirkung von Wellen

Die Wirkung von Wellen, die direkt vom Wind angetrieben werden, unterscheidet sich von den windgetriebenen Strömungen eines Sturms. Mächtiger Wind peitscht in Bewegungsrichtung große, starke Wellen auf. Obwohl diese Oberflächenwellen für einen sehr geringen Wassertransport im offenen Wasser verantwortlich sind, können sie für einen erheblichen Transport in Küstennähe verantwortlich sein. Wenn sich Wellen auf einer mehr oder weniger parallel zum Strand verlaufenden Linie brechen, tragen sie beträchtliches Wasser ans Ufer. Wenn sie brechen, hat das Wasser, das sich zum Ufer bewegt, einen beträchtlichen Schwung und kann einen abfallenden Strand bis zu einer Höhe über der mittleren Wasserlinie hinauflaufen, die die doppelte Wellenhöhe vor dem Brechen überschreiten kann.

Niederschlagseffekt

Der Niederschlagseffekt wird hauptsächlich in Flussmündungen erlebt . Hurrikane können in 24 Stunden bis zu 300 mm (12 Zoll) Niederschlag über große Gebiete und höhere Niederschlagsdichten in lokalisierten Gebieten abwerfen. Infolgedessen kann Oberflächenabfluss schnell Bäche und Flüsse überfluten. Dies kann den Wasserstand in der Nähe des Kopfes von Gezeitenmündungen erhöhen, da sturmgetriebenes Wasser, das aus dem Ozean strömt, auf Regen trifft, der stromabwärts in die Mündung fließt.

Meerestiefe und Topographie

Zusätzlich zu den oben genannten Prozessen werden Sturmflut- und Wellenhöhen an Land auch durch die Wasserströmung über die darunter liegende Topographie, dh die Form und Tiefe des Meeresbodens und des Küstenbereichs, beeinflusst. Ein schmaler Schelf mit tiefem Wasser relativ nahe der Küste erzeugt tendenziell eine geringere Brandung, aber höhere und stärkere Wellen. Ein breiter Schelf mit flacherem Wasser neigt dazu, eine höhere Sturmflut mit relativ kleineren Wellen zu erzeugen.

In Palm Beach an der Südostküste Floridas beispielsweise erreicht die Wassertiefe 91 Meter (299 ft) 3 km (1,9 mi) vor der Küste und 180 m (590 ft) 7 km (4,3 mi). Dieser ist relativ steil und tief; Sturmflut ist nicht so groß, aber die Wellen sind größer als an der Westküste Floridas. Umgekehrt kann der Rand des Floridian Plateaus auf der Golfseite von Florida mehr als 160 Kilometer vor der Küste liegen. Florida Bay liegt zwischen den Florida Keys und dem Festland und ist mit Tiefen zwischen 0,3 m (0,98 ft) und 2 m (6,6 ft) sehr flach. Diese flachen Gebiete sind stärkeren Sturmfluten mit kleineren Wellen ausgesetzt. Andere flache Gebiete umfassen einen Großteil der Küste des Golfs von Mexiko und die Bucht von Bengalen .

Der Unterschied liegt darin, auf wie viel Strömungsgebiet sich die Sturmflut auflösen kann. In tieferem Wasser gibt es mehr Fläche und eine Welle kann nach unten und weg vom Hurrikan verteilt werden. Auf einem flachen, sanft abfallenden Schelf hat die Brandung weniger Platz, um sich zu zerstreuen, und wird durch die Windkräfte des Hurrikans an Land getrieben.

Die Topographie der Landoberfläche ist ein weiteres wichtiges Element für das Ausmaß der Sturmflut. Gebiete, in denen das Land weniger als einige Meter über dem Meeresspiegel liegt, sind besonders durch Sturmfluten gefährdet.

Sturmgröße

Die Größe des Sturms beeinflusst auch die Schwallhöhe; Dies liegt daran, dass die Fläche des Sturms nicht proportional zu seinem Umfang ist. Wenn ein Sturm seinen Durchmesser verdoppelt, verdoppelt sich auch sein Umfang, aber seine Fläche vervierfacht sich. Da es proportional weniger Umfang gibt, bis zu dem der Schwall abgeleitet werden kann, ist die Schwallhöhe letztendlich höher.

Hurrikan Ike Sturmflutschäden in Gilchrist, Texas im Jahr 2008.

Außertropische Stürme

Ähnlich wie tropische Wirbelstürme verursachen außertropische Wirbelstürme einen Offshore-Wasseranstieg. Im Gegensatz zu den meisten tropischen Wirbelsturmfluten können jedoch außertropische Wirbelstürme je nach System über einen längeren Zeitraum zu höheren Wasserständen in einem großen Gebiet führen.

In Nordamerika können außertropische Sturmfluten an der Pazifik- und Alaskaküste sowie nördlich von 31°N an der Atlantikküste auftreten. Küsten mit Meereis können einen "Eis-Tsunami" erleben, der im Landesinneren erhebliche Schäden anrichtet. Außertropische Sturmfluten können weiter südlich an der Golfküste vor allem während der Winterzeit möglich sein, wenn außertropische Wirbelstürme die Küste treffen, wie z. B. beim Sturm des Jahrhunderts 1993 .

9-13 November 2009 markierte ein bedeutendes außertropisch Sturmflutereignis auf den Vereinigten Staaten Ostküste , wenn die Reste von Hurrikan Ida in einem entwickelten nor'easter vor der Küste Südosten der USA. Während des Ereignisses waren mehrere Tage lang Ostwinde entlang der nördlichen Peripherie des Tiefdruckzentrums vorhanden, die Wasser in Orte wie die Chesapeake Bay drängten . Der Wasserstand stieg deutlich an und blieb an zahlreichen Stellen im gesamten Chesapeake mehrere Tage lang bis zu 2,4 m über dem Normalwert, da sich in der Mündung durch die auflandigen Winde und den Süßwasserregen, der in die Bucht floss, kontinuierlich Wasser anstaute. An vielen Orten lagen die Wasserstände nur 3 cm unter den Rekorden.

Stromstoß messen

Surge kann direkt an Gezeitenstationen an der Küste als Differenz zwischen der prognostizierten Tide und dem beobachteten Anstieg des Wassers gemessen werden. Eine andere Methode zur Messung von Druckstößen besteht darin, Druckwandler entlang der Küstenlinie kurz vor einem sich nähernden tropischen Wirbelsturm zu installieren. Dies wurde erstmals 2005 für den Hurrikan Rita getestet . Diese Arten von Sensoren können an Stellen platziert werden, die unter Wasser stehen und die Wasserhöhe über ihnen genau messen können.

Nachdem die Welle eines Zyklons zurückgegangen ist, kartieren Vermessungsteams Hochwassermarken (HWM) an Land in einem strengen und detaillierten Verfahren, das Fotos und schriftliche Beschreibungen der Marken enthält. HWMs bezeichnen den Ort und die Höhe von Hochwasser von einem Sturmereignis. Wenn bei der Analyse von HWMs die verschiedenen Komponenten der Wasserhöhe herausgebrochen werden können, um den auf die Flut zurückzuführenden Anteil zu identifizieren, kann diese Markierung als Sturmflut klassifiziert werden. Andernfalls wird es als Sturmflut klassifiziert. HWMs an Land werden auf ein vertikales Datum (ein Referenzkoordinatensystem) bezogen. Während der Bewertung werden HWMs basierend auf dem Vertrauen in die Note in vier Kategorien eingeteilt; Nur als "ausgezeichnet" bewertete HWMs werden vom National Hurricane Center bei der Analyse der Sturmflut nach dem Sturm verwendet.

Für Sturmflut- und Sturmflutmessungen werden zwei unterschiedliche Messgrößen verwendet. Sturmflut wird unter Verwendung eines geodätischen vertikalen Datums ( NGVD 29 oder NAVD 88 ) gemessen . Da Sturmflut als Wasseranstieg definiert ist, der über das hinausgeht, was von der normalen Bewegung durch Gezeiten erwartet würde, wird Sturmflut mit Gezeitenvorhersagen gemessen, unter der Annahme, dass die Gezeitenvorhersage bekannt ist und sich in der Region nur langsam ändert zum Aufschwung. Da Gezeiten ein lokalisiertes Phänomen sind, können Sturmfluten nur in Bezug auf eine nahegelegene Gezeitenstation gemessen werden. Gezeiten-Benchmark-Informationen an einer Station liefern eine Übersetzung des geodätischen vertikalen Datums in den mittleren Meeresspiegel (MSL) an dieser Stelle, dann ergibt das Subtrahieren der Gezeitenvorhersage eine Schwallhöhe über der normalen Wasserhöhe.

SCHWAPPEN

Beispiel für einen SLOSH-Lauf

Das National Hurricane Center prognostiziert Sturmfluten mit dem SLOSH-Modell, einer Abkürzung für Sea, Lake and Overland Surges from Hurricanes. Das Modell ist auf 20 Prozent genau. SLOSH-Eingaben umfassen den zentralen Druck eines tropischen Wirbelsturms, die Sturmgröße, die Vorwärtsbewegung des Wirbelsturms, seine Bahn und die maximalen anhaltenden Winde. Lokale Topographie, Bucht- und Flussorientierung, Tiefe des Meeresbodens, astronomische Gezeiten sowie andere physikalische Merkmale werden in einem vordefinierten Raster, das als SLOSH-Becken bezeichnet wird, berücksichtigt. Überlappende SLOSH-Becken werden für die Süd- und Ostküste der kontinentalen USA definiert. Einige Sturmsimulationen verwenden mehr als ein SLOSH-Becken; zum Beispiel nutzten die SLOSH-Modellläufe des Hurrikans Katrina sowohl das Becken des Lake Ponchartrain / New Orleans als auch das Becken des Mississippi Sound für die Anlandung des nördlichen Golfs von Mexiko. Die endgültige Ausgabe des Modelllaufs zeigt die maximale Wasserhülle oder MEOW an, die an jedem Standort aufgetreten ist.

Um Verfolgungs- oder Prognoseunsicherheiten zu berücksichtigen, werden normalerweise mehrere Modellläufe mit unterschiedlichen Eingabeparametern generiert, um eine Karte von MOMs oder Maximum of Maximums zu erstellen. Für Hurrikan-Evakuierungsstudien wird eine Gruppe von Stürmen mit repräsentativen Spuren für die Region und unterschiedlicher Intensität, Augendurchmesser und Geschwindigkeit modelliert, um die schlimmsten Wasserhöhen für jedes tropische Wirbelsturm-Vorkommen zu erzeugen. Die Ergebnisse dieser Studien werden typischerweise aus mehreren tausend SLOSH-Läufen generiert. Diese Studien wurden vom United States Army Corps of Engineers im Auftrag der Federal Emergency Management Agency für mehrere Bundesstaaten durchgeführt und sind auf der Website der Hurricane Evacuation Studies (HES) verfügbar. Sie enthalten Karten der Küstenbezirke, die schattiert sind, um die Mindestkategorie von Hurrikanen zu identifizieren, die in jedem Gebiet des Bezirks zu Überschwemmungen führen werden.

Auswirkungen

Sturmfluten sind als Teil von Wirbelstürmen für erhebliche Sachschäden und Todesfälle verantwortlich. Sturmfluten zerstören sowohl gebaute Infrastruktur wie Straßen als auch Fundamente und Gebäudestrukturen.

Unerwartete Überschwemmungen in Flussmündungen und Küstengebieten können die Bevölkerung unvorbereitet treffen und zum Verlust von Menschenleben führen. Die tödlichste Sturmflut seit Beginn der Aufzeichnungen war der Bhola-Zyklon von 1970 .

Darüber hinaus kann eine Sturmflut durch andere Prozesse von Menschen genutztes Land verursachen oder verändern, die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen, das Eindringen von Salzwasser erhöhen , den Lebensraum von Wildtieren schädigen und chemische oder andere Verunreinigungen aus der menschlichen Lagerung verbreiten.

Schadensbegrenzung

Obwohl meteorologische Untersuchungen vor Orkanen oder schweren Stürmen warnen, gibt es in den Gebieten, in denen die Gefahr von Küstenüberschwemmungen besonders hoch ist, spezifische Sturmflutwarnungen. Diese wurden beispielsweise in den Niederlanden , Spanien , den Vereinigten Staaten und im Vereinigten Königreich umgesetzt . In ähnlicher Weise können die Aufklärung der Küstengemeinden und die Entwicklung lokaler Evakuierungspläne die relativen Auswirkungen auf die Menschen verringern.

Eine nach der Nordseeflut 1953 eingeführte prophylaktische Methode ist der Bau von Dämmen und Sturmflutwehren ( Flutsperren ). Sie sind offen und ermöglichen freien Durchgang, schließen aber, wenn das Land von einer Sturmflut bedroht wird. Wichtige Sturmflutwehre sind Oosterscheldekering und Maeslantkering in den Niederlanden, die Teil des Delta Works- Projekts sind; die Themse-Barriere , die London schützt ; und der Sankt-Petersburg-Staudamm in Russland .

Eine weitere moderne Entwicklung (in den Niederlanden verwendet) ist die Schaffung von Wohngemeinschaften an den Rändern von Feuchtgebieten mit schwimmenden Strukturen, die durch vertikale Pylone in ihrer Position gehalten werden. Solche Feuchtgebiete können dann genutzt werden, um Abfluss und Schwall ohne Schäden an den Bauwerken aufzunehmen und gleichzeitig konventionelle Bauwerke in etwas höheren Lagen zu schützen, vorausgesetzt, Deiche verhindern ein starkes Eindringen von Schwall.

Andere sanfte Anpassungsmethoden können das Ändern von Strukturen umfassen, sodass sie erhöht werden, um Überschwemmungen direkt zu vermeiden, oder die Erhöhung des natürlichen Schutzes wie Mangroven oder Dünen

Für Festlandgebiete ist eine Sturmflut eher eine Bedrohung, wenn der Sturm von See her auf Land trifft, anstatt sich von Land zu nähern.

Sturmflut umkehren

Wasser kann auch vor einer Sturmflut vom Ufer abgesaugt werden. Dies war 2017 an der Westküste Floridas der Fall, kurz bevor der Hurrikan Irma Land traf und Land freilegte, das normalerweise unter Wasser lag. Dieses Phänomen wird als umgekehrte Sturmflut oder negative Sturmflut bezeichnet .

Historische Sturmfluten

Elemente einer Sturmflut bei Flut
Totale Zerstörung der Halbinsel Bolivar (Texas) durch die Sturmflut des Hurrikans Ike im September 2008

Die tödlichste Sturmflut seit Beginn der Aufzeichnungen war der Bhola-Zyklon von 1970 , der bis zu 500.000 Menschen im Gebiet des Golfs von Bengalen tötete . Die tief liegende Küste des Golfs von Bengalen ist besonders anfällig für Überschwemmungen durch tropische Wirbelstürme. Die tödlichste Sturmflut des 21. Jahrhunderts wurde durch den Zyklon Nargis verursacht , der im Mai 2008 in Myanmar mehr als 138.000 Menschen tötete . Die nächste tödlichste in diesem Jahrhundert wurde durch den Taifun Haiyan (Yolanda) verursacht, bei dem mehr als 6.000 Menschen auf den zentralen Philippinen im Jahr 2013 und führte zu wirtschaftlichen Verlusten von geschätzten 14 Milliarden US-Dollar.

Der Galveston Hurricane von 1900 , ein Hurrikan der Kategorie 4 , der Galveston, Texas traf , trieb eine verheerende Welle an Land; zwischen 6.000 und 12.000 Menschen starben, was es zur tödlichsten Naturkatastrophe aller Zeiten in den Vereinigten Staaten macht.

Die höchste Sturmflut in historischen Berichten festgestellt wurde von dem 1899 produziert Cyclone Mahina , bei fast 44 Metern geschätzt (13,41 m) in Bathurst Bay , Australien , aber die Forschung im Jahr 2000 veröffentlicht festgestellt , dass die Mehrheit dieses wahrscheinlich Welle Anlauf war wegen die steile Küstentopographie. Ein Großteil dieser Sturmflut war jedoch wahrscheinlich auf Mahinas extreme Intensität zurückzuführen, da die Computermodellierung eine Intensität von 880 Millibar (26 inHg) (die gleiche Intensität wie der niedrigste aufgezeichnete Druck des Sturms) erforderte, um die aufgezeichnete Sturmflut zu erzeugen. In den Vereinigten Staaten wurde eine der größten aufgezeichneten Sturmfluten am 29. August 2005 durch den Hurrikan Katrina erzeugt , der im südlichen Mississippi eine maximale Sturmflut von mehr als 28 Fuß (8,53 m) mit einer Sturmfluthöhe von 27,8 Fuß . erzeugte (8,47 m) in Pass Christian . Eine weitere Rekordsturmflut ereignete sich in diesem Gebiet 1969 vom Hurrikan Camille mit einer Sturmflut von 24,6 Fuß (7,50 m), ebenfalls am Pass Christian. Eine Sturmflut von 14 Fuß (4,27 m) ereignete sich in New York City während des Hurrikans Sandy im Oktober 2012.

Siehe auch

Anmerkungen

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Externe Links