Tropische stormen en klimaatverandering Evert Wesker In dit stukje wil ik ingaan op de stand van zaken rond het thema tropische stormen versus klimaatverandering. Net als bij de huidige (zeer waarschijnlijk tijdelijke!) vertraging in de stijging van de gemiddelde temperatuur op Aarde lijkt er, met uitzondering van het Atlantische en Caribische gebied, zich ook hier een enigszins tegenintuïtief verschijnsel voor te doen. Er kan namelijk in andere delen van de wereld tot nog toe geen duidelijke stijging in de intensiteit van tropische stormen worden waargenomen. Net als bij de (tijdelijke) vertraging van de stijging van de gemiddelde temperatuur op Aarde is er hier mogelijk eveneens sprake van factoren die "door de trend heen fietsen". (zie ref.1) Stormen tellen Een eerste - nogal ruwe - benadering is het aantal stormen te tellen, en daarbij te kijken naar de catagorie volgens de Saffir-Simpson schaal. (ref. 2) Voor het Atlantische en Caribische gebied is er vanaf 1944, het begin van de luchtverkenningen, sprake van redelijk betrouwbare gegevens. Voor de Stille Oceaan is dat vanaf 1970 het geval. Ik heb er voor gekozen om het per decennium te bekijken en wel de volgende periodes: 1945-1954, 1955-1964, 1965-1974 (alleen Atlantische gebied), 1975-84, 1985-94, 1995-2004 en 2005-2014 (waarbij 2014 tot aan 20/9, hetgeen overigens de conclusies nauwelijks doet veranderen). Dat levert het volgende beeld op:
Zie voor meer details: http://www.euronet.nl/users/e_wesker/atlhur.html Alleen in het Atlantische gebied is er - vanaf ruw weg 1970 - sprake van een duidelijke stijging in het aantal zware (cat. 4 en 5) stormen. In andere delen van de tropische oceanen is er in deze geen duidelijk beeld. Nu kan men op deze benadering - volkomen terecht - grote kritiek hebben. Een in omvang kleine storm die nèt aan eventjes categorie 5 aantikt wordt hetzelfde "gewaardeerd" als een omvangrijke storm die dagenlang als een volle categorie 5 voortraast. Anders tellen Daarom ook is er daarnaast een andere benadering gekozen, en wel die van de z.g. "accumulated cyclone energy index". Daarbij wordt, zodra de storm "tropische storm" kracht (vanaf 8 Beaufort) heeft, van iedere 6 uur zolang hij nog als tropische storm bestaat, het kwadraat van de maximale windsnelheid in knopen genomen en gesommeerd. Dit getal wordt overigens door 10000 gedeeld om niet op "onhandig" grote getallen te komen - het gaat tenslotte om een tamelijk arbitraire index. Op deze manier tel je echter wel wat "eerlijker".
Dat levert het volgende resultaat op voor het Atlantische en Caribische gebied:
Vanaf ruwweg 1970 is er sprake van een duidelijke stijging. De hogere activiteit in de 50-er en 60-er jaren wordt aan de z.g. "Atlantic Multidecadal Oscillation" toegeschreven. (zie o.a. ref. 3) Er zijn echter ook publicaties van o.a. Kerry A. Emanuel, waarin dit in twijfel wordt getrokken. Ik kom daar nog op terug. Voor het Stille Oceaan gebied ziet het plaatje er als volgt uit:
Er is geen duidelijke trend te ontdekken. In de noordoostelijke Stille Oceaan lijkt er zelfs vanaf 1992 van enige daling sprake te zijn, al is het tamelijk twijfelachtig op basis van zo'n korte periode uitspraken te doen. Er lijkt in ieder geval geen sprake te zijn van een stijgende trend. Dat geldt evenzeer voor de noordelijke Indische Oceaan en het zuidelijk halfrond. Beter tellen: Het werk van Kerry Emanuel Ook bij de z.g. "accumulated cyclone energy index" kan je kanttekeningen plaatsen. Kerry Emanuel verving deze door een z.g. "power dissipation index" waarbij niet de kwadraten van de windsnelheden werden opgeteld, maar de derde machten. Daar is inderdaad veel voor te zeggen. Immers, de energieproductie van een windmolen is, tot aan de ontwerpsnelheid waar vanaf (tot de "cut out" windsnelheid van zo'n 25 m/s) de opbrengst constant wordt, evenredig met de derde macht van de windsnelheid. (Zie daartoe o.a. "de wet van Betz".) Hij heeft daarna deze "power dissipation index" in verband gebracht met de zeewatertemperatuur en daarbij een zeer behoorlijke correlatie verkregen. Zie o.a. de linkerzijde van de onderstaande figuur (waarbij ik de door het Environmental Protection Agency gepubliceerde aanvulling t/m 2013 weergeef - zie ref. 4). O.a. op grond hiervan trok Kerry Emanuel de rol van de "Atlantic Multidecadal Oscillation" in twijfel.
Ik heb daarna geprobeerd meer data over deze "power dissipation index" te vinden. Omdat ik die niet kon vinden op het open internet heb ik voor een andere aanpak gekozen, en dat is te kijken of er een voldoende nauwkeurig verband was tussen de "power dissipation index" en de "accumulated cyclone energy index". Die blijkt er te zijn, zoals te zien in de volgende grafiek die ik ontleen aan ref. 5:
Er blijkt een behoorlijk precies verband (r² = 0.994) te zijn tussen de "accumulated cyclone energy index" en de "power dissipation index", en wel een 1.36-ste machtsverband. Ik heb daarna geprobeerd het resultaat van Emanuel (een lopend 5 jarig gemiddelde waarbij het middelste jaar als aswaarde wordt genomen) te reproduceren. Dat wordt in het rechterdeel van de 2e vorige figuur gegeven. De gelijkenis is zeer behoorlijk. Ik heb daarna d.m.v. dit 1.36-ste machtsverband een reconstructie gemaakt van de totale "power dissipation index" over de Aarde (data: ref. 6). Dit leverde het volgende resultaat op:
Het kwalitatieve beeld klopt zeer behoorlijk met publicaties die ik op internet heb gevonden (zie ref. 7). Aan de hand van dit resultaat is het niet mogelijk te concluderen dat de gemiddelde zwaarte van tropische cyclonen toeneemt. Immers: de zware stormen, gezien het 3e machtsverband met de windsnelheid, tellen flink mee. Het totale aantal stormen in de tijd is redelijk constant gebleven. Alleen in het Atlantische en Caribisch gebied lijkt er qua zwaarte sprake te zijn van een duidelijke toename. Dat wordt ook in andere publicaties geconcludeerd. (zie o.a. ref. 8,9) Enige voorzichtige conclusies Het lijkt er op dat de intensiteit van tropische stormen, m.u.v. het Atlantische en Caribische gebied, momenteel geen duidelijke toename vertoont. Toch kan men daar niet de conclusie uit trekken dat er geen verband zou bestaan tussen het krachtiger worden van tropische stormen en de stijgende gemiddelde temperatuur op Aarde. Immers: aan de verwachting dat dit verband er zou moeten zijn ligt, net als bij het broeikaseffect, relatief eenvoudige en goed begrepen fysica ten grondslag. De hoofdwetten van de thermodynamica zijn volstrekt onomstreden. Daar heeft Kerry Emanuel ook gebruik van gemaakt. Hij heeft een tropische storm als een Carnotmachine beschreven. De efficiency van een Carnot-machine hangt samen met de verhouding tussen de (absolute) temperatuur van de warmtebron enerzijds en de warmteput anderzijds. Als de temperatuur van de warmtebron stijgt bij een gelijkblijvende temperatuur van de warmteput zal de efficiency toenemen. Daarnaast wordt, belangrijker, met het stijgen van de temperatuur de beschikbare convectieve energie i.h.a. hoger.
Aangezien, m.u.v. het Atlantische en Caribische gebied, de intensiteit van de tropische stormen momenteel niet duidelijk lijkt toe te nemen, zijn er mogelijk, net als bij de huidige vertraging in de stijging van de gemiddelde temperatuur op Aarde (ref. 1), factoren in het spel die "door de trend heen fietsen". Denk bijvoorbeeld aan windshear en de dikte van de warmwaterlaag in de tropische Oceanen. Hoe belangrijk die laatste is bewezen "Katrina" en "Rita" in 2005. Zij trokken beide over de "loop current" (ref. 10), een anticyclonale wervel(•) die regelmatig in de Golf van Mexico opduikt, waarbij ze, als een woedende Grizzly Beer die uit een kooi breekt, a.h.w. "explodeerden". Een persoonlijke noot In verhalen over het warmer worden van het klimaat spelen (tropische) stormen de rol van "de Panda Beer van het klimaat". Een groot charisma; trekt veel aandacht. Echter, op (tropische) stormen kan men zich voorbereiden. Zo is in Bangladesh de kans op een stormvloedramp als in 1970 (± 500 000 doden) veel kleiner geworden omdat men zo'n 2000 betonnen schuilplaatsen heeft gebouwd waarin plaats is voor 100000-den mensen. Ook is men beter voorbereid m.b.t. evacuaties. Toen in 2007 "Sidr" als een categorie 4 cycloon aanlandde vielen er 50 à 100 maal minder slachtoffers dan in 1970. Als ik daarentegen denk aan waar men zich veeleer zorgen over zou moeten maken, dan zijn dat systematische veranderingen, zoals de intensivering van de waterkringloop. Denk aan de zware moessonregens op het Indische subcontinent van de laatste jaren met de gevolgen die er mee gepaard gingen. Ook het verschuiven van neerslagzones, wat graanschuren in (half)woestijnen kan doen veranderen en zo vele tientallen miljoenen mensen letterlijk van hun bestaan kan beroven, behoort tot de mogelijkheden. Daar valt weinig tegen voor te bereiden. Het lijkt mij daarom ook verstandig om te proberen dergelijke kwade kansen, ook al zijn ze nu niet goed kwantificeerbaar, zo klein mogelijk te maken. Er is zo, los van de tropische stormen, al ruim voldoende reden om werk te maken van de verduurzaming van de energievoorziening. Tenslotte Ik wil waarschuwen voor wat ik "subjectief bewijs" zou willen noemen. Het opvoeren van stormen als "Sandy" (New Yersey, V.S., 29 oktober 2012), "Nargis" (Irrawaddy Delta, Myanmar, 2 mei 2008) of "Haiyan" (Philippijnen, 7 november 2013) als bewijs voor de link tussen het warmer worden van het klimaat en de intensiteit van tropische stormen is aanvechtbaar. Het is namelijk vrij gemakkelijk mogelijk om een hele serie voorbeelden uit het verleden aan te voeren die even catastrofaal of zelfs erger uitpakten. Een kleine greep: 1831 - de Coringa cycloon, Andhra Pradesh (India), 1876 - de Bakergunj cycloon, Bangladesh, 1881 - de Haiphong cycloon (Vietnam), 1882 - de Bombay cycloon, Maharashtra (India) en recenter 1970 - de Bhola cycloon, Bangladesh. Al deze tropische stormen veroorzaakten stormvloedrampen van waarlijk "oud-testamentaire" proporties (100.000 tot 500.000 doden). Waar men m.i. mee moet komen is statistisch robuust bewijs. Het moet op objectiviteit zijn gebaseerd. Daarnaast wil ik er op wijzen dat de escalerende schade t.g.v. tropische stormen deels is toe te schrijven aan de toenemende bewoning van kwetsbare gebieden. Zo is bijvoorbeeld vanaf 1970 het aantal inwoners in Florida verdrievoudigd (van 7 naar ongeveer 20 miljoen). Ook wil ik nog een andere kanttekening zetten bij "Sandy". New Yersey en New England liggen - zij het nèt aan - nog binnen het bereik van (getransformeerde) tropische stormen. In 1938 sloeg de "New England Express" toe, waarbij New York goed wegkwam. Als de storm ietsje westelijker aan land was gegaan had New York te maken gekregen met doorstaande windsnelheden tot 200 km/h en had dit samen met de bijbehorende stormvloed tot gevolgen geleid welke die van "Sandy" zeer waarschijnlijk flink hadden overtroffen. Inderdaad: toeval bestaat.
Nòg een voorbeeld van - relatief(!!) - "goed wegkomen": toen "Katrina" op 28 augustus 2005 op New Orleans afstevende ging hij in de laatste ¾ dag door een "eyewall replacement" heen en landde iets ten oosten van de stad aan als een categorie 3 tropische cycloon. De grootste klap viel dan ook niet bij New Orleans maar bij Gulfport daar waar het de stormvloed betreft. Als de storm op volle kracht met de rechterflank van de eyewall over New Orleans was gegaan was mogelijk het dak van de "Superdome" eraf gegaan, en hadden de duizenden mensen die daar dekking hadden gezocht behoorlijk onbeschut in de storm en de slagregens gezeten. Daarnaast waren de verdere gevolgen aanzienlijk ernstiger geweest. Trouwens: de dijken in New Orleans begaven het t.g.v. duidelijke technische tekortkomingen, zonder welke de overstromingsramp in New Orleans zich niet zó zou hebben voltrokken. In die zin was het een "unnatural disaster", waarbij de analogie met de overstromingsramp van 1 februari 1953 in Zeeland zich opdringt. Tenslotte is er zeer recentelijk een studie door Swiss Re verschenen waarin de gevolgen van een reprise in deze tijd van een andere grote storm, de Norfolk Long Island Hurricane uit 1821, worden beschreven. Die zou nu tot een schade van ruim $100 miljard kunnen leiden. In dat opzicht was "Sandy", ook in dit voorbeeld, niet eens "The Big One". (zie ref. 11). ____________________________________________________________________________________ Ref. 1: G. Foster en S. Rahmstorf, Global temperature evolution 1979–2010, Environ. Res. Lett. 6 (2011) zie ook: http://www.euronet.nl/users/e_wesker/CO2-stukje.pdf Ref. 2: De Siffir Simpson schaal rubriceert tropische stormen als volgt:
Ref. 3: G. J. van Oldenborgh, L. A. te Raa, H. A. Dijkstra, and S. Y. Philip Frequency- or amplitude-dependent effects of the Atlantic meridional overturning on the tropical Pacific Ocean, Ocean Science, 5, 293–301, 2009 Zie ook deze grafiek m.b.t. de Atlantische oceaan:
Ref. 4: http://www.epa.gov/climatechange/science/indicators/weather-climate/cyclones.html Ref. 5: J.B. Elsner, R.E. Hodges, J.C. Malmstadt, K.N. Scheitlin Hurricanes and Climate Change: Volume 2, p. 84-86 Springer 2010, ISBN 978-90-481-9510-7 http://books.google.co.uk/books?id=soY5ECMB9akC&pg=PA84 Ref. 6: http://models.weatherbell.com/global_ace_monthly.dat Ref. 7: http://policlimate.com/tropical/ http://policlimate.com/tropical/global_running_pdi.png Opm: Het betreft hier 24 maands voorschreidende gemiddelden. Deze zijn dus ongeveer 2 maal zo groot als in de grafiek die ik geef. Dat zijn resultaten per jaar. Ref. 8: Liguang Wu, Bin Wang and Scott A. Braun Implications of tropical cyclone power dissipation index Int. J. Climatol. 28: 727–731 (2008) Ref. 9: James P. Kossin, Timothy L. Olander, Kenneth R. Knapp Trend Analysis with a New Global Record of Tropical Cyclone Intensity Journal of Climate 26: 9960-9976 (2013) Ref. 10: http://www.aoml.noaa.gov/phod/altimetry/katrina1.pdf http://www.aoml.noaa.gov/phod/altimetry/rita_nytimes.pdf (•) Bij een anti-cyclonale wervel trekt het water, t.g.v. de coriolisversnelling, naar binnen. Er vormt zich als het ware een "waterberg" (van enkele dm's hoog). Vanaf die berg gaat het water ook omlaag, waardoor de dikte van de warmwaterlaag aanzienlijk toeneemt. Ref. 11: http://inhabitat.com/nyc/new-study-warns-that-superstorm-sandy-was-not-the-big-one/
