Tropische cyclonen

1. Tropische cycloon Isabel op 17 december 2003. Satelliet: Seastar. Bron: NASA/GSFC SeaWiFS Project.

Tropische cyclonen brengen meestal veel regen. Hier de radarbeelden van Wilma uit 2005 (Bron: Accu Weather)

De depressies van de gematigde breedten vormen in onze omgeving een belangrijke factor bij het voorkomen van bewolking en regen, zoals we in het vorige hoofdstuk zagen. Meer richting evenaar heeft men te maken met een veel venijniger type depressies: de tropische stormen. Tropische stormen zijn kleinschalige depressies die vergezeld gaan van veel wind, overvloedige regenval, hoge golven op zee en vloedgolven langs de kust. Bereikt de wind orkaankracht (windkracht 12), dan spreekt men van een tropische cycloon.
Tropische cyclonen komen voor in de zeegebieden rond de equator zoals aangegeven in figuur a. Ze staan bekend onder verschillende namen: hurricane in de Verenigde Staten, tyfoon of eenvoudigweg cycloon in Azië en willy-willy in Australië.
In het Caribische gebied treden de hurricanes op in de maanden augustus, september en oktober. Het seizoen wordt ingeperkt door één van de voorwaarden voor het ontstaan van tropische cyclonen: een zeewatertemperatuur van ten minste 26 graden. Ook voor delen van de Stille Oceaan en voor het noorden van de Indische Oceaan geldt dit orkaanseizoen, maar er zijn ook gebieden waar cyclonen het hele jaar door kunnen voorkomen.

1. De zeer krachtige tropische cycloon Isabel met duidelijk zichtbaar oog op 11 september 2003. De hurricane bevindt zich 850 kilometer ten oostnoordoosten van de Bovenwindse Eilanden. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team.

 

2. Tropische cycloon Frances op weg naar de Verenigde Staten, 1 september 2004. Het water van de Caribische Zee en de Atlantische Oceaan is over het algemeen diepblauw, maar boven ondiepe koraalbanken is de tint in uiterst helder water, - zoals op dit satellietbeeld bij Florida, Cuba en de Bahama's - , aanzienlijk lichter van tint. Zie ook hoofdstuk 17, Kleurrijk oceaanwater. Satelliet: Seastar. Bron: NASA/GSFC SeaWiFS Project.

3. De tropische cycloon Frances is de Bahama's gepasseerd. Het zeewater, dat in beeld 2 nog turkoois was, is nu deels melkwit van tint, veroorzaakt door kalk die tijdens de orkaanwinden is losgewoeld. Datum: 6 september 2004. Satelliet: Seastar. Bron: NASA/GSFC SeaWiFS Project.

De meeste schade veroorzaken tropische cyclonen op het moment dat ze de kust bereiken. De slachtoffers vallen vooral door vloedgolven, die tot zes meter hoog kunnen worden. Inhammen kunnen het vloedgolfeffect nog versterken: de Bathurst Bay Hurricane veroorzaakte in 1899 in de gelijknamige baai in Australië een opzet van maar liefst dertien meter.
Als record voor het aantal slachtoffers gold lange tijd de cycloon van 7 oktober 1737 in de Golf van Bengalen, waarbij meer dan een kwart miljoen slachtoffers te betreuren waren. Inmiddels is men van mening dat een vloedgolf in Bangla Desh uit 1970 daar niet voor onderdeed; sommige bronnen schatten het aantal doden bij die catastrofe zelfs op 300 000.
Ook als de schade in het kustgebied gering is, kan overvloedige neerslag meer landinwaarts plotseling opkomende overstromingen teweeg brengen. Soms komen neerslaghoeveelheden voor van 750 mm, dat is evenveel als er in Nederland in een heel jaar valt. De neerslag vormt bij alle tropische stormen die het land optrekken, een even grote bedreiging; het criterium van windkracht 12, zoals dat geldt voor de cycloon- of hurricanestatus, is daarbij niet van belang. Boven zee treden extreem hoge golven op, bijvoorbeeld 30 meter bij de hurricane Luis uit 1995.
In de laatste decennia eisen de tropische cyclonen vooral een hoge tol in bijvoorbeeld Bangla Desh, waar vloedgolven makkelijk ver het land kunnen binnendringen en de infrastructuur ontbreekt om de bevolking te beschermen, te evacueren of tijdig te waarschuwen. In de Verenigde Staten viel het aantal slachtoffers de laatste decennia mee. Deels komt dit door tijdiger signalering dankzij weersatellieten, nauwkeuriger verwachtingen, effectievere berichtgeving, tijdiger evacuaties, een beter voorbereid publiek en een professioneler 'calamiteitenmanagement' door de Amerikaanse overheid. Daarnaast is er sprake van toeval of, zo men wil, geluk: behalve in 2004 trokken naar verhouding weinig belangrijke orkanen in dichtbevolkte streken het land op. Door de sterke groei van de bevolking langs de Amerikaanse oostkust en de complexiteit van een evacuatie, is ook in de Verenigde Staten een ramp in de toekomst toch niet uit te sluiten.

a. Gebieden waar tropische cyclonen optreden:

  1. Noord-Atlantische Oceaan, Golf van Mexico en Caribische Zee

  2. Noordoostelijke Stille Oceaan (van Mexico tot de datumgrens)

  3. Noordwestelijke Stille Oceaan (van de datumgrens tot Azië, inclusief de Zuid-Chinese Zee

  4. Noordelijke Indische Oceaan met de Golf van Bengalen en de Arabische Zee.

  5. Zuidwestelijke Indische Oceaan van Afrika tot 100 graden oosterlengte

  6. Zuidoostelijke Indische Oceaan/omgeving Australië van 100 tot 142 graden oosterlengte

  7. Zuidwestelijke Stille Oceaan tot Australië, van 142 graden oosterlengte tot 120 graden westerlengte.

Warm zeewater
Tropische cyclonen zijn kleinschaliger dan 'gewone' hoge- en lagedrukgebieden van de gematigde breedten; ze hebben een doorsnede van vijfhonderd tot vijftienhonderd kilometer. De orkaanwinden doen zich uitsluitend voor in de kern, die slechts een tot vier procent beslaat van de totale omvang. De levensduur bedraagt gewoonlijk vijf tot tien dagen, maar is soms veel langer. In 2002 had Kyle een levensduur van 22 dagen; Ginger hield het in 1971 28 dagen vol.
Gerekend over de gehele aardbol zijn er elk jaar tachtig tot negentig tropische stormen; ongeveer twee op de drie stormen ontwikkelen zich tot een orkaan. Op de Noord-Atlantische Oceaan loopt het aantal tropische stormen per jaar uiteen van vier (1983) tot 21 (1933); gemiddeld zijn het er ongeveer tien.
De meeste tropische cyclonen komen tot ontwikkeling in een gebied tussen vijf en twintig graden noorder- of zuiderbreedte. Verder van de evenaar weg is het zeewater te koud; we zagen al dat dit bij voorkeur 26 graden moet zijn of warmer (figuur b). Verdampend zeewater is namelijk een belangrijke bron van energie voor een cycloon; daarnaast levert de achtergrondstroming een bijdrage, evenals de condensatiewarmte die vrijkomt in de zware buien in de buurt van het centrum van de cycloon. Overigens wordt slechts 2½ procent van die energie gebruikt voor het aandrijven van de orkaanwinden. Het gaat natuurlijk wel om grote hoeveelheden energie: een 'gemiddelde' orkaan bevat een hoeveelheid energie die gelijk is aan vijf maal het totale energiegebruik van de hele mensheid in 1990.

Banen van tropische cyclonen in de laatste 150 jaar (afgesloten september 2006). (Image by Robert A. Rohde, Global Warming Art.)

b. Tropische cyclonen ontstaan aan het eind van de zomer en in het begin van de herfst als het zeewater op z'n warmst is. (Graphic by Robert Simmon, NASA GSFC)


Tropische storm en drie cyclonen boven de Indische Oceaan, 11 februari 2003. Geheel links de kust van Madagaskar.


Figuur: Het hurricanseizoen
(Caribisch gebied).

Doordat de afwijkende kracht van de aardrotatie, ook wel corioliskracht genoemd, eveneens een belangrijke rol speelt, houden de cyclonen wat afstand tot de evenaar; in de buurt van de evenaar is de corioliskracht namelijk nul. Om tropische cyclonen tot ontwikkeling te laten komen, moet verder de atmosfeer boven de tropische oceaan voldoende onstabiel zijn, zonder dat de wind er weer te veel verandert met de hoogte. Ze ontstaan niet 'uit het niets'; er moeten in de buurt van het aardoppervlak al storingen aanwezig zijn (zogeheten 'easterly waves'), die onder de hierboven genoemde voorwaarden uit kunnen (niet noodzakelijkerwijs moeten) groeien tot een tropische storm. Voor de hurricanes in het Caribische gebied geldt dat die storingen meestal afkomstig zijn uit Afrika; ze drijven al ontwikkelend met de noordoostpassaat - ten zuiden van het subtropisch hogedrukgebied bij de Azoren langs - de Atlantische Oceaan over (figuur c). Deze stroming drijft ze naar het Caribische gebied, waar ze over de eilanden kunnen razen, aan land kunnen gaan of naar het noorden afbuigen. Boven land neemt de windsnelheid door wrijving enigszins af, maar de vlagerigheid neemt toe. Doordat juist de windstoten de meeste schade veroorzaken, raakt men zo van de regen in de drup, Pas na enkele uren boven land begint de orkaan in kracht af te nemen; hij raakt dan namelijk afgesneden van zijn belangrijkste energiebron: het warme zeewater.

c1: Hurricanes ontwikkelen zich uit storingen bij Afrika, via de tussenstadia van (van rechts af)
tropische depressie en tropische storm tot tropische cycloon.

c2: Hurricanes ontwikkelen zich uit storingen bij Afrika.

Sommige, naar het noorden afgebogen, tropische cyclonen komen terecht in de westelijke stroming van de gematigde breedten. Ze gaan dan over in een 'normale' depressie en worden in de richting van Europa gevoerd. Voor zover bekend maakte een tropische cycloon slechts éénmaal de oceaanoversteek af en kwam terecht aan de Ierse westkust, waar hij veel schade aanrichtte; dat was Debbie in 1961. In onze omgeving wordt gemiddeld eens per jaar een ex-cycloon gesignaleerd; vaak gaat het dan om actieve depressies die veel regen en wind met zich meebrengen.

Oog
De tropische cyclonen verschijnen niet met vaste regelmaat; nu eens vormen zich verscheidene orkanen min of meer gelijktijdig (zie beeld 4 bij hoofdstuk 1), dan weer is er twee tot drie weken weinig of geen activiteit
Het meest opvallende kenmerk van een tropische cycloon is het wolkenvrije oog, waar dalende luchtbewegingen optreden (figuur d). Het oog heeft een diameter van dertig tot vijftig kilometer en is op satellietbeelden gewoonlijk goed te zien. De luchtdruk is in (of vanuit de satelliet bezien, onder) het oog het laagst. Rondom het oog bevindt zich een 'muur' van actieve bewolking; daar gaat de lucht met snelheden van honderd tot honderd vijftig kilometer per uur omhoog. Aan het aardoppervlak direct onder de 'muur' treden de hoogste windsnelheden op. Aan de bovenzijde op zo'n achttien kilometer hoogte, stroomt de lucht met bewolking weer spiraalsgewijs naar buiten. Daardoor vormt er zich aan de bovenkant van de cycloon een kap van ijswolken, die eveneens op satellietbeelden markant zichtbaar is.
Direct buiten de 'muur' bevinden zich regenbanden die evenwijdig aan de wind naar het centrum toe lijken te spiraliseren. Deze banden zijn vijf tot vijftig kilometer breed en honderd tot driehonderd kilometer lang. Ze veroorzaken neerslagintensiteiten van 25 millimeter per uur of meer over een klein oppervlak, ongeveer tien procent van het totale gebied waar de cycloon het laat regenen.

d. Tropische cycloon met oog, 'muur', regenbanden en
spiraalsgewijs uitstromende lucht aan de bovenzijde.

GOES 8 satellietbeelden van hurricane Dennis op weg naar de kust van Florida, August 28, 1999. Bron: NASA Goddard Space Flight Cente.

e. De hoogste windsnelheden treden op aan de rechterkant van de tropische cycloon, gezien met de verplaatsing mee

Schaal voor hurricanes volgens Saffir & Simpson. Bron: COMET.

 

Naamgeving
De naam 'hurricane' is afgeleid van 'Hurakan', een van de scheppende goden van de Maya's, die met zijn adem over de chaotische wateren blies en zo droog land creëerde. Op hun beurt hebben tropische cyclonen eveneens namen. Het bekendst zijn de jongens- en meisjesnamen, maar in landen als Korea, Thailand, Vietnam, China en Japan worden historische namen van goden gebruikt, zoals Prapiroon (Regengod), Wukong (Apenkoning) of Dianmu (Moeder van de Bliksem).
Hurricanes in het Caribische gebied werden een aantal eeuwen lang aangeduid met de naam van de heilige van de dag waarop de hurricane optrad. Zo werd Puerto Rico op 26 juli 1825 aan het begin van een vroeg seizoen getroffen door de verwoestende orkaan Santa Ana en op 13 september 1876 door hurricane San Felipe. Toen er in 1928 op dezelfde dag opnieuw een orkaan toesloeg, werd dat San Felipe 2. Overigens paste men in een ver verleden in Nederland een zelfde principe toe. Zo herinnert De Biesbosch thans nog steeds aan de St Elisabethsvloed van 18 november 1421 en de vloed op 'St Felix Quade Saterdach', 5 november 1530, gaf de aanzet tot de ondergang van Reimerswaal op Zuid Beveland.
Na de heiligennamen kwamen de geografische coördinaten in gebruik, maar deze praktijk vertraagde de communicatie en gaf aanleiding tot veel fouten in de berichtgeving.
De Australische meteoroloog Clement Wragge komt de eer toe aan het eind van de 19e eeuw als eerste meisjesnamen te hebben gebruikt voor tropische stormen. In de Tweede Wereldoorlog werd dat gebruik van meisjesnamen in alfabetische volgorde ook de normale praktijk in het Caribische gebied. Elke tropische depressie van ten minste windkracht acht krijgt een eigen naam. In 1978 deden voor het eerst jongensnamen hun intrede, aanvankelijk alleen in het gebied van de Stille Oceaan voor de Amerikaanse westkust, een jaar later ook op de Atlantische Oceaan en in de Golf van Mexico. Er zijn zes namenlijsten opgesteld; om de zes jaar komen dezelfde namen dus weer terug. Een uitzondering wordt gemaakt voor de namen van verwoestende orkanen die weergeschiedenis hebben geschreven en die men zich nog generaties lang kan heugen. Deze worden van de lijst afgevoerd en vervangen door nieuwe. Sinds 1954 is dat ruim 40 keer gebeurd. Recente voorbeelden zijn Fabian, Isabel (beeld 1) en Juan uit 2003, Isidore en Lilli uit 2002, Allison, Iris en Michelle uit 2001, Keith uit 2000 en Floyd en Lenny uit 1999. Namen met Q, U, X, Y en Z worden niet gebruikt.

3. De drie categorie-5-orkanen van het hurricaneseizoen 2005: a.) Katrina, de duurste orkaan aller tijden, op weg naar de Amerikaanse zuidkust.. Datum: 28 augustus 2005. Satelliet: Terra. b.) Rita boven de Golf van Mexico. Datum: 21 september 2005. Satelliet: Terra. c.) Wilma, de krachtigste orkaan sinds het begin van de registraties in 1851, trekt uit Florida weg naar de Atlantische Oceaan. Datum: 24 oktober 2005.. Satelliet: Aqua.
Nooit eerder waren er in een seizoen drie categorie-5-hurricanes. Voor alle drie de satellietbeelden geldt: instrument: MODIS en bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response System.
De genoemde data zijn niet noodzakelijkerwijs de momenten waarop de windsnelheden rond de orkanen op hun maximum waren.

Schaal
Alle tropische cyclonen zijn gevaarlijk, maar sommige zijn gevaarlijker dan andere. Daarom is er een classificatie ontwikkeld om onderscheid te kunnen maken tussen bijvoorbeeld krachtige en verwoestende hurricanes en om zich beter op de te verwachten schade te kunnen voorbereiden. De schaal werd in 1969 opgesteld door consultant Herbert Saffir, gespecialiseerd in stormschade aan gebouwen, en Bob Simpson, directeur van het National Hurricane Centre (zie tabel). De schaal wordt gebruikt om een inschatting te maken van mogelijke schade wanneer de hurricane de kust bereikt. Een hurricane van klassen 2, 3, 4 en 5 is respectievelijk 10, 50 100 en 250 maal zo verwoestend als een zwakke hurricane van klasse 1. Overigens hangt de schade op een bepaalde plaats af van verschillende factoren, zoals de afstand tot het gebied met de hoogste windsnelheden, open of beschutte ligging, de bouwvoorschriften ter plekke, begroeiing van het landschap en of er al dan niet overstromingen optreden.
Er is geen verband tussen de omvang van een tropische cycloon en het verwoestend potentieel; zo was de zeer krachtige orkaan Andrew uit 1992, klasse 4 op de Saffir-Simpsonschaal, betrekkelijk klein.

2 (links). De tropische cycloon Emily schuin van boven vanuit het Internationaal Ruimtestation op 16 juli 2005. Het ruimtestation bevond zich boven het zuidelijk deel van de Golf van Mexico. In oostelijke richting was boven de Caribische Zee de hurricane, - met oog -, zichtbaar, evenals de opkomende maan. Bron: NASA/JSC.

Zware storm volgens de Brazilianen, maar orkaan volgens de Amerikanen. Plaats: Braziliaanse kust, 800 km ten zuiden van Rio de Janeiro. Datum: 27 maart 2004. Satelliet: Terra; middagbaan. Instrument: MODIS. Bron: NOAA.

Tabel : Schaal voor hurricanes volgens Saffir & Simpson

    Klasse Om-schrijving Wind-snelheid (km/h) Stormvloed (meters boven normaal) schade minimum luchtdruk in de kern
tropische depressie TD   minder dan 62      
tropische storm TS   62-117      
tropische cycloon 1 Zwak 118-152 1,2-1,6 Lichte schade 981 hPa of meer
tropische cycloon 2 Matig 153-176 1,7-2,5 Dak- en vensterschade en belangrijke schade aan bomen en gewassen. 965-980 hPa
tropische cycloon 3 Krachtig 177-208 2,6-3,7 Grote schade met uitgebreide vernielingen aan gebouwen. 964-945 hPa
tropische cycloon 4 Zeer krachtig 209-248 3,8-5,4 Zeer groot: daken weggeblazen, veel waterschade op de begane grond van gebouwen aan de kust. 944-920 hPa
tropische cycloon 5 Verwoestend Groter dan 248 Groter dan 5,4 Catastrofaal: vrijwel alle daken weggeblazen, evenals kleine lichtere bouwsels en grote schade aan gebouwen. minder dan 920 hPa

Verwachtingen
De meteoroloog die verwachtingen moet opstellen voor hurricanes moet vier vragen beantwoorden: waar raakt hij de kust, wanneer gaat dat gebeuren, hoe krachtig is hij op dat moment en welke bedreigingen gaan ervan uit: extreme wind, stormvloed, overvloedige neerslag en/of zware buien
Gewoonlijk probeert hij deze vragen te beantwoorden door nauwkeurig de baan van de tropische cycloon te volgen; dat is sowieso nodig om scheepvaart en luchtvaart uit de buurt van het stormgeweld te kunnen houden. De posities van de tropische cycloon worden bepaald uit satellietbeelden en met verkenningsvluchten. Aangenomen wordt dat de hurricane in eerste instantie niet verandert van richting en snelheid. Daarnaast heeft de meteoroloog statistische modellen en atmosfeermodellen tot zijn beschikken bij het verder preciseren van zijn verwachtingen. Als de achtergrondstroming waarin de tropische cycloon wordt meegevoerd, relatief krachtig is, gaat het voorspellen beter dan bij een zwakke achtergrondstroming; in het laatste geval leidt de wisselwerking tussen de tropische cycloon en de stroming soms tot een grillige baan.
Gemiddeld zit een Amerikaanse verwachting voor 24 uur vooruit er 170 kilometer naast; in vijf procent van de gevallen in de laatste tien jaar bedroeg voor die verwachtingstermijn de fout meer dan 370 kilometer. Het gebied waarvoor alarm wordt geslagen is de laatste tijd alleen maar toegenomen en bedraagt nu gemiddeld 730 kilometer; het gemiddelde over de laatste dertig jaar bedraagt ruim 550 kilometer. Niet dat de kwaliteit van de verwachtingen afneemt, maar de autoriteiten willen tegenwoordig eerder waarschuwingen doen uitgaan dan in het verleden. Er wordt een alarm uitgegeven voor dat gedeelte van de kustlijn waar windkracht acht of meer wordt verwacht; de lengte daarvan hangt dus zowel af van onzekerheden in de baan van de hurricane als onzekerheden in de exacte omvang van het gebied waar de windsnelheidsdrempel wordt overschreden.
Het derde element van de verwachting is de intensiteit van de orkaan. Voor een zeer krachtige hurricane zijn uiteraard ingrijpender maatregelen nodig dan voor een orkaan die kan worden omschreven als matig. De hoogste windsnelheden treden op aan de rechterkant van de tropische cycloon, gezien met de verplaatsing mee. Aan de rechterkant versterkt de achtergrondstroming de windsnelheden in het linksom ronddraaiende systeem; aan de linkerkant werken hurricane en achtergrondstroming elkaar tegen (figuur e). Tot slot wil men natuurlijk weten uit welke hoek het grootste gevaar dreigt: wind, stormvloed, overvloedige neerslag of zware buien. Op dit moment is daarop nog niet altijd een gedetailleerd antwoord mogelijk. Door de kracht volgens de schaal van Saffir & Simpson goed te voorspellen en het type dreiging beter in kaart te brengen, hoopt men in de toekomst levens te redden en/of kosten te besparen.

Nieuwe methodieken
Sinds enkele jaren zijn ook kansverwachtingen beschikbaar voor de baan van tropische cyclonen, gebaseerd op ensembleverwachtingen van het Europees weercentrum. Figuur f. geeft een voorbeeld hoe de informatie uit zo'n kansverwachting kan worden samengevat. Het probleem waarvoor de meteoroloog in dit geval stond is of de orkaan Isabel van september 2003 aan land zo gaan en waar dat dan zou gebeuren. De lijnen in de figuur laten de vijfdaagse baan van de hurricane zien volgens elk van de 52 berekeningen van het ensemblevoorspelsysteem. De kleur of de tint van een gebied geeft de kans aan dat Isabel gedurende die vijf dagen op een afstand van hooguit honderd kilometer een bepaalde locatie zal passeren.
Andere verwachtingsmethodieken maken gebruik van verschillende atmosfeermodellen om de baan van een tropische cycloon te voorpellen; men noemt dat een superensemble. Via statistische methoden wordt eerst afgeleid welk atmosfeermodel op welke punten goed scoort; de verwachting die vervolgens wordt opgesteld, profiteert van de sterke kanten van de gebruikte modellen en onderdrukt eventuele zwakke kanten. Voor de methode kan worden gebruikt, moet ze eerst 'leren' hoe die atmosfeermodellen op dat moment presteren; pas in de loop van een orkaanseizoen kan de door de methodiek vergaarde kennis worden ingezet voor de voorspelling van de baan van een volgende hurricane.
Sommige voorspellingen gaan nog verder vooruit in de tijd; via statistische methoden of met behulp van een klimaatmodel probeert men dan een uitspraak te doen over of het een 'goed' of een 'slecht' orkanenjaar zal worden. Deze methoden staan overigens nog in de kinderschoenen.

f1. Grafische weergave van een kansverwachting van het ensemblevoorspelsysteem van het Europees Weercentrum voor de baan van tropische cycloon Isabel (zie beeld 1) uit september 2003. Verklaring: zie tekst.

f2. Grafische weergave van een kansverwachting van het ensemblevoorspelsysteem van het Europees Weercentrum voor de baan van tropische cycloon Lili uit oktober 2002. Verklaring: zie tekst.

Vorig hoofdstuk index volgend hoofdstuk