Voorwaarden voor vorming van orkanen
Er zijn verschillende voorwaarden waaraan voldaan moet worden om een orkaan te kunnen laten vormen (bron 1, bron 2):1. De temperatuur van het water minimaal 27 graden zijn. Hierbij moet het water tot een diepte van 45 m deze minimum temperatuur hebben, hierbij spelen de warme golfstromen een belangrijke rol. Als de temperatuur lager is, zwakken stormen af; alleen bij 27 graden of meer kan een storm doorontwikkelen tot een orkaan.
2. Er moet een bestaande depressie zijn, die zich kan doorontwikkelen tot een zware storm of orkaan
3. Dankzij de draaiing van de aarde is er een draaiing van massa vanaf de evenaar naar het noorden of het zuiden (het Coriolis effect), en dit effect maakt het mogelijk dat orkanen kunnen ontstaan. De orkanen kunnen echter pas ontstaan op meer dan 480 km van de evenaar.
4. Vanaf zeeniveau tot grote hoogte moet de lucht vrij snel afkoelen, zodat er een vochtige en relatief onstabiele convectie is.
5. Ook de de lucht op 5000 m hoogte moet nog een hoge luchtvochtigheid hebben (zie ook deze video)
6. De wind moet de juiste kracht hebben in de verschillende luchtlagen, als 1 luchtlaag een te sterke luchtstroming heeft (scheerwinden), kan deze de orkaan uit elkaar trekken
Classificatie van stormen en orkanen
Er bestaan verschillende classificatie systemen om extreme stormen te classificeren. Rond Amerika worden extreme stormen orkanen genoemd, terwijl ze rond India cyclonen en ten oosten van Azie tyfonen worden genoemd. Om inzichtelijk te maken hoe deze verschillende classificaties zich tot elkaar verhouden, zijn de Nederlandse (Beaufort schaal), Amerikaanse (De schaal van Saffir-Simpson), Indiase en Chinese classificatie onder elkaar gezet in onderstaand overzicht. Het overzicht laat zien dat de benaming van vooral de Indiase standaard afwijkt van de rest. De grens voor de benaming van een tyfoon en orkaan zijn nagenoeg gelijk, maar de snelheid vanaf wanneer het een cycloon wordt genoemd in India zijn tropische stormen in China en Amerika. De Beaufort schaal windkracht 1 tot en met 11 vallen binnen de Tropische depressies en tropische stormen. De grens tussen windkracht 11 en 12 (63 knopen, of 117 km/uur) valt samen met de grens tussen een zware tropische storm en een tyfoon (Chinese standaard) of tussen een tropische storm en een Categorie 1 orkaan (Amerikaanse standaard).
 |
| Bron gegevens: https://www.ncei.noaa.gov/data/international-best-track-archive-for-climate-stewardship-ibtracs/v04r00/doc/IBTrACS_v04_column_documentation.pdf |
Wereldwijde database
Gegevens van de grote (tropische) stormen en orkanen wereldwijd, worden door de NOAA verzameld en deze database wordt gepubliceerd op deze website. Op basis van deze data is een analyse gemaakt van de orkanen die geregistreerd zijn. In de database zijn de Amerikaanse, Indiase en Chinese classificatiesystemen gebruikt.
In de hier uitgevoerde analyse is echter alleen de Amerikaanse classificatie gebruikt. De database bevat stormen vanaf 1842. Stormen van voor 1940 zijn vooral gedigitaliseerde gegevens van oude zogeheten stormatlassen (zie voor meer uitleg hierover het technische achtergrond rapport). Als gevolg hiervan, maar ook omdat meetapparatuur pas vanaf 1950/1960 steeds betrouwbaarder en nauwkeuriger werd, is de nauwkeurigheid van de gegevens van voor 1940 beperkt. Ook is het goed mogelijk dat veel orkanen niet zijn opgenomen in deze atlassen, bijvoorbeeld vanwege veel minder scheepvaart, of veel beperktere vastlegging van stormen (bootjes en schepen die stormen niet rapporteren).
Na 1940 zijn verschillende bronnen beschikbaar voor het maken van de database: Naast scheepvaart, ook de luchtvaart, grondstations (op het land en boeien in zee) en satellieten. Hierbij geldt dat eigenlijk voor al deze bronnen vanaf 1960 de kwaliteit behoorlijk goed is geworden.
Alle stormen bij elkaar in de database geeft het volgende beeld (blauw is zwakke storm, diep rood is orkaan).
De afbeelding laat duidelijk zien dat rond Azie veel meer extreme orkanen zijn, dan rond de VS.
|
| Bron: https://www.esri.com/arcgis-blog/products/arcgis-living-atlas/mapping/analyze-patterns-hurricanes/ |
Omdat de orkanen gevormd worden boven water wat warmer is dan 27 graden Celsius, treden orkanen vooral op gedurende de zomer en het najaar. Op het noordelijk halfrond tussen april en januari en op het zuidelijk halfrond tussen oktober en mei (zie onderstaande afbeelding).
|
| Bron: https://courses.lumenlearning.com/atd-herkimer-worldgeography/chapter/5-5-tropical-cyclones-hurricanes/ |
Stormen en orkanen per regio
Bij de registratie van de orkanen worden de oceanen opgedeeld in de volgende zones (met de evenaar als noord-zuid grens):- EP - Eastern Pacific (Amerikaanse kust ten noorden van evenaar)
- WP - Western Pacific (Aziatische kust ten noorden van evenaar)
- SP - Soutern Pacific
- NA - Northern Atlantic
- SA - Soutern Atlantic
- NI - Northern Indian Ocean
- SI - Southern Indian Ocean
Het aantal stormen en orkanen per regio is hieronder in tabelvorm en grafisch weergegeven. Let er bij de grafiek op dat de schaal van het totaal aantal stormen op de rechteras is weergegeven, de schaal van het aantal stormen per regio is op de linkeras weergegeven.
| EP | WP | SP | NA | SA | NI | SI | |
| 1842-1850 | - | - | - | - | 0 | 2 | 8 |
| 1850-1860 | - | - | - | 122 | 0 | 1 | 55 |
| 1860-1870 | - | - | - | 142 | 0 | 0 | 140 |
| 1870-1880 | - | - | - | 148 | 0 | 28 | 115 |
| 1880-1890 | - | 84 | - | 168 | 0 | 121 | 136 |
| 1890-1900 | - | 171 | 6 | 135 | 0 | 113 | 127 |
| 1900-1910 | 1 | 188 | 12 | 83 | 0 | 105 | 178 |
| 1910-1920 | 0 | 238 | 78 | 61 | 0 | 95 | 144 |
| 1920-1930 | 1 | 227 | 67 | 70 | 0 | 142 | 175 |
| 1930-1940 | 0 | 271 | 36 | 115 | 0 | 153 | 172 |
| 1940-1950 | 8 | 322 | 87 | 103 | 0 | 168 | 187 |
| 1950-1960 | 101 | 375 | 118 | 128 | 0 | 144 | 178 |
| 1960-1970 | 127 | 463 | 141 | 152 | 0 | 151 | 213 |
| 1970-1980 | 184 | 439 | 191 | 204 | 0 | 126 | 291 |
| 1980-1990 | 220 | 362 | 146 | 146 | 0 | 45 | 233 |
| 1990-2000 | 206 | 375 | 134 | 133 | 0 | 88 | 196 |
| 2000-2010 | 195 | 306 | 105 | 173 | 1 | 88 | 173 |
| 2010-2020 | 208 | 300 | 95 | 166 | 2 | 92 | 147 |
|
| Bron data: https://www.ncei.noaa.gov/data/international-best-track-archive-for-climate-stewardship-ibtracs/v04r00/access/ |
Als gekeken wordt naar de kaart (van alle stomen en orkanen vanaf 1842), tabel en figuur vallen een aantal dingen op:
1. Er zijn geen orkanen en stromen direct rond de evenaar. Dit komt door de draaiing van de aarde, waardoor er een beweging vanaf de evenaar richting de polen is (het Coriolis effect).
2. In de zuidelijke Atlantische oceaan zijn heel lang geen stormen of orkanen waargenomen, de eerste die hier zijn waargenomen dateren van 2004, 2010 en 2011.
3. Het totaal aantal stormen en orkanen is gestegen van het begin van de waarnemingen tot de jaren 70, en is daarna dalend. Deze dalende trend is vooral zichtbaar in het gebied Zuidelijke Indische Oceaan (SI) en Westelijke Stille Oceaan (WP) en in mindere mate in Zuidelijke Stille Oceaan (SP).
Stormen en orkanen per categorie
Binnen de Amerikaanse classificatie worden in de database de volgende categorieen gebruikt:- -5 - onbekend (vooral de stormen voor 1940)
- -4 - Extratropical en posttropical
- -3 - beperkte depressies
- -2 - subtropische storm en depressie
- -1 - Tropische depressie (windsnelheid <34 knopen)
- 0 - Tropische storm (windsnelheid 34<=W<64 knopen)
- 1 - Categorie 1 orkaan (windsnelheid 64<=W<83 knopen)
- 2 - Categorie 2 orkaan (windsnelheid 83<=W<96 knopen)
- 3 - Categorie 3 orkaan (windsnelheid 96<=W<113 knopen)
- 4 - Categorie 4 orkaan (windsnelheid 113<=W<137 knopen)
- 5 - Categorie 5 orkaan (windsnelheid =>137 knopen)
- Bijna alle categorieen zijn duidelijk toe genomen
- Alleen het aantal categorie 1 orkanen is in de afgelopen 20 jaar weer terug op het niveau van 1960-1969
- Er is echter een behoorlijke fluctuatie in aantallen per decade
- Er lijkt sprake te zijn van een omgekeerde correlatie tussen het aantal tropische depressies en het aantal categorie 5 orkanen (zie onderste grafiek)
|
| Bron: https://www.ncei.noaa.gov/data/international-best-track-archive-for-climate-stewardship-ibtracs/v04r00/access/ |
|
| Bron: https://www.ncei.noaa.gov/data/international-best-track-archive-for-climate-stewardship-ibtracs/v04r00/access/ |
Wat veroorzaakt de anomalie in het zuiden van de Atlantische oceaan?
Alle gegevens bij elkaar blijft een grote vraag over: waarom worden er geen orkanen gevormd langs de zuidwest en zuidoost kust van Zuid-Amerika of langs de zuidwestkust van Afrika? En waarom zijn er sinds 2000 drie orkanen geweest die gevormd zijn langs de zuidoostkust van Zuid-Amerika?Om hier meer helderheid in te krijgen wordt allereerst gekeken naar temperatuur van het water in relatie tot de vorming (eerste en tweede figuur) en voorkomen (tweede en derde figuur) van orkanen.
|
|
| Bron: https://courses.lumenlearning.com/atd-herkimer-worldgeography/chapter/5-5-tropical-cyclones-hurricanes/ |
 |
| Bron: https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/physical/density-effects/ocean-temperature-profiles |
|
|
| Bron: https://www.esri.com/arcgis-blog/products/arcgis-living-atlas/mapping/analyze-patterns-hurricanes/ |
De vergelijking laat zien dat de vorming van orkanen langs de zuidwest kust van Afrika en langs de zuidwest kust van Zuid-Amerika lastig is vanwege twee factoren:
1. De aanwezigheid van een koude golfstroom: Het water is hier dus te koud voor orkanen om zich te ontwikkelen (niet boven de 27 graden).
2. Het Correolis effect: door dit effect is het heel er lastig om langs de westkust van Afrika en de westkust van Zuid-Amerika een orkaan te laten vormen.
De aanwezigheid van koud zeewater en het Correolis effect verklaart ook waarom de orkanen niet voor de kust van Marokko voorkomen. De temperatuur van het zeewater verklaart waarom de orkanen vrij zwak zijn bij het zuidwesten van Australie en uitdoven ten noorden van Californie.
Maar voor de oostkust van Brazilie is het water warm genoeg voor orkanen om te vormen (er ligt hier ook een warme golfstroom), en vanwege het Correolis effect stroomt de lucht in de juiste richting. Dus hier zou je dus verwachten dat orkanen ook voorkomen. Dit gebeurt echter niet, wat erop duidt dat er mogelijk nog een andere factor van belang is voor de vorming van orkanen die kennelijk tot nog toe niet wordt meegenomen.
Deze publicatie van herverzekeraar SwissRe laat zien dat er volgens de huidige inzichten van de wetenschap wel degelijk risico's zijn op meer cyclonen. Hier (Bron 1 en Bron 2) wordt aangegeven dat de scheerwinden in de troposfeer aanwezig zijn (deze kunnen de orkaan uit elkaar trekken) en dat er in de zuid Atlantische oceaan heel weinig depressies zijn, die zich tot orkaan kunnen ontwikkelen.
Vooral deze laatste factor is een interessante. De vervolgvraag is namelijk, wat maakt dat deze depressies hier eigenlijk niet voor komen. De rol van aerosolen zou hier wel eens van groot belang bij kunnen zijn. De oerwouden van de Amazone en het Atlantisch woud produceren aerosolen die bij relatief hoge temperatuur al tot neerslag leiden (zie deze reeks van 5 blogposts over verschillende typen natuurlijke aerosolen), terwijl aerosolen die vrijkomen van kale grond (kleideeltjes, stof etc, maar ook roet wat vrij komt bij de amazone branden) bij veel lagere temperatuur pas tot neerslag leiden (zie deze studie). Onderstaande video's laten de aerosolen en bijkomende weersontwikkeling zien, wat laat zien dat er grote verschillen zijn tussen het noord- en zuid Atlantische systeem.
Hoe lager (meer negatief) de temperatuur is waarbij wolkenvorming kan optreden, hoe groter het temperatuurverschil is met de omgeving buiten de wolken (grotere gradient) en hoe sterker dus de depressie kan worden. Oerwouden die veel aerosolen produceren geven zorgen dan dat er in hun omgeving minder depressies en minder ernstige stormen worden gevormd (en deze kunnen snel uitregenen), ten opzichte van de kracht en het aantal depressies in de omgeving van kale gronden.
Hier ligt mogelijk ook een aspect om de omgekeerde relatie tussen het aantal tropische depressies en het aantal categorie 5 orkanen te verklaren: als er veel biologische aerosolen zijn, regenen tropische depressies snel uit, als de biologische aerosolen niet aanwezig zijn, ontwikkelen ze zich eerder tot orkanen.
Gevolg van de ontbossing die in Zuid Amerika plaats vindt, is ook een afname van de door deze oerwouden geproduceerde aerosolen en een toename van kale grond met aerosolen afkomstig van deze grond. Daardoor vindt condensatie dus plaats op andere aerosolen bij een lagere temperatuur, waardoor zich een grotere gradient kan ontwikkelen, en depressies dus krachtiger kunnen worden.
Conclusies
Zware stormen en orkanen ontstaan als er wordt voldaan aan een aantal specifieke voorwaarden. Gevolg hiervan is dat orkanen in een zone van grofweg 480 km van de evenaar tot grofweg 30 graden zuiderbreedte en 50 graden noorderbreedte voorkomen. Sinds de jaren 60 lijkt het aantal orkanen en tropische stormen toe te nemen.Per regio is er een iets ander beeld te zien: Het totaal aantal stormen en orkanen is gestegen van het begin van de waarnemingen tot de jaren 70, en is daarna dalend. Deze dalende trend is vooral zichtbaar in het gebied Zuidelijke Indische Oceaan (SI) en Westelijke Stille Oceaan (WP) en in mindere mate in Zuidelijke Stille Oceaan (SP).
Opvallend genoeg zijn in het zuidelijke deel van de Atlantische Oceaan lange tijd geen orkanen waargenomen, de eerste 3 zijn waargenomen na 2000. Grote vraag is wat dit veroorzaak, omdat hier mogelijk ook een link ligt naar hoe orkanen kunnen worden voorkomen. Als belangrijke oorzaken worden gegeven, de aanwezigheid van scheerwinden in de troposfeer, die maakt dat orkanen "uit elkaar worden getrokken" en het gebrek van aanwezige depressies die zich tot een orkaan kunnen doorontwikkelen.
Met name deze laatste is een interessante in relatie tot de ontbossing van Zuid Amerika. Het Atlantisch Woud is ondertussen grotendeels verdwenen en de ontbossing in de Amazone lijkt niet de stoppen. Gevolg hiervan is een verandering in de aerosol productie, wat tot gevolg heeft dat wolkenvorming zich bij lagere temperaturen gaat vormen. Hierdoor vormt zich een sterkere gradient tussen de depressie en de omgeving, waardoor deze depressies krachtiger kunnen worden.
Bronnen:
- https://www.editoraroncarati.com.br/v2/phocadownload/the_risk_of_tropical_cyclones_in_brazil.pdf- https://www.esri.com/arcgis-blog/products/arcgis-living-atlas/mapping/analyze-patterns-hurricanes/
- https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/physical/density-effects/ocean-temperature-profiles
- https://courses.lumenlearning.com/atd-herkimer-worldgeography/chapter/5-5-tropical-cyclones-hurricanes/
- https://www.ncei.noaa.gov/data/international-best-track-archive-for-climate-stewardship-ibtracs/v04r00/access/
- https://www.ncei.noaa.gov/data/international-best-track-archive-for-climate-stewardship-ibtracs/v04r00/doc/IBTrACS_v04_column_documentation.pdf
- https://www.ncei.noaa.gov/data/international-best-track-archive-for-climate-stewardship-ibtracs/v04r00/doc/IBTrACS_v04_Technical_Details.pdf
- https://climate.nasa.gov/news/3184/a-force-of-nature-hurricanes-in-a-changing-climate/
- https://qz.com/1072166/irma-jose-and-katia-three-hurricanes-in-one-satellite-image/
- https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2012/cs/c2cs35200a
- https://skybrary.aero/articles/south-atlantic-tropical-and-subtropical-cyclones
- https://earthscience.stackexchange.com/questions/2790/why-are-there-no-hurricanes-in-the-southern-atlantic-basin
- https://www.weather.gov/jetstream/tc
- https://www.weather.gov/source/zhu/ZHU_Training_Page/tropical_stuff/hurricane_anatomy/hurricane_anatomy.html
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Corioliseffect
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Schaal_van_Beaufort
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Schaal_van_Saffir-Simpson
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Windschering
- https://youtu.be/uxEwJYNb_zA?t=2321
- https://geozoneblog.wordpress.com/2014/05/23/hurricane-tracks-past-present-future/
Geen opmerkingen:
Een reactie posten