To największe wydarzenie katastrofalne, gdzie niszczycielski tropikalny cyklon Sandy w 2012 r. dotarł do umiarkowanych szerokości geograficznych. Ogółem w ośmiu krajach, od Karaibów po Kanadę, zabił on 233 osoby.
Obszar Nowej Anglii wraz z metropolią Nowym Jorkiem leży nad strefą wód atlantyckich, gdzie nie tylko są częste pływy i fale sztormowe, ale i również najszybciej na świecie wzrasta poziom morza, głównie dzięki rozszerzalności termicznej, ale i też dzięki gwałtownemu topnieniu pokrywy lodowej Grenlandii i spływom lodu do północnego Atlantyku. To obszar wyjątkowy pod tym względem, że spowalniany Prąd Zatokowy, którego wody schładzane na południe od Grenlandii, coraz słabiej zatapiają się w obiegu globalnej cyrkulacji termohalinowej, a w mniejszej skali w tak zwanej atlantyckiej południkowej cyrkulacji wymiennej (AMOC). Właśnie to zjawisko powoduje szybko rosnące ocieplanie się wód przybrzeżnych Nowej Anglii, w tym miasta portowego Nowy Jork.
Andra J. Reed i Michael E. Mann z Zakładu Meteorologii z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii, wraz ze swoim zespołem naukowym, położyli nacisk na zbadanie powodzi w Nowym Jorku pod wpływem wezbrań sztormowych nawiedzanych przez huragany wielkości Sandy, zarówno w okresie przedantropogenicznym (850-1800), jak i antropogenicznym (1970-2005) 1.
W pierwszym przypadku naukowcy wykonali pomiary pośrednie z zakresu paleoklimatologii, takie jak np. rekonstrukcje względnego poziomu morza przy użyciu objętościowych izotopów węgla δ 13C w rdzeniach datowanych osadów słonych bagien i otwornicach (organizmach jednokomórkowych z królestwa Protista, modelowych do datowania czasu), zbadanych na dwóch stanowiskach w regionach Nowego Jorku i New Jersey.
W drugim przypadku naukowcy wykorzystali miesięczne średnie zmienne stanu termodynamicznego, w tym temperaturę powierzchni morza oraz pionowe profile temperatury i wilgotności, a także średnie dobowe wartości interpolowanych wiatrów, porównując oba okresy, antropogeniczny i przedantropogeniczny, za pomocą zestawu porównywania połączonych modeli klimatycznych w fazie 5 (CMIP5 – Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) oraz nieco mniej znanych modeli: modelu systemu ziemskiego Instytutu Maxa Plancka (MPI – Max Planck Institute), sprzężonego modelu systemu klimatycznego w wersji 4 (CCSM4 – Coupled Climatic System Model) i modelu systemu ziemskiego Instytutu Pierre’a Simona Laplace’a (IPSL – Institute Pierre Simon Laplace), służących do obliczania miesięcznych wartości pól wiatru. Ponadto zastosowali pod względem analizy hydrodynamicznej modelu zaawansowanej cyrkulacji (ADCIRC – Advanced Circulation) wyspecjalizowany do symulacji fal sztormowych i tworzenia prognoz dla różnych regionów przybrzeżnych.
Naukowcy odkryli, że od 850 do 2005 roku wzrost częstości powodzi występował i dalej występuje w regionie miasta Nowy Jork oraz New Jersey, głównie z powodu wzrostu względnego poziomu morza (RSLR – Relative Sea Level Rise). Średnia wysokość powodzi wzrosła w ciągu 1155 lat o około 1,24 metra. Pomimo tego, że w samym okresie antropogenicznym (1970-2005) częstość powodzi zaczęła występować także z powodu wezbrań fal sztormowych i zwiększenia się intensywności i wielkości huraganów.
Wskaźnik RSLR w regionie nowojorskim jest wyższy niż średnia globalna morza (SLR – Sea Level Rise) ze względu na wkład procesów o skali regionalnej, takich między innymi jak zmiana glacjalno-izostatyczna (GIA – Glacial Isostatic Adjustment).
Rys.1. Rekonstrukcja względnego wzrostu poziomu morza w południowym New Jersey. Niebieskie punkty danych i linia przerywana pokazują erę przedantropogeniczną, podczas gdy czerwone punkty danych i różowa linia przerywana pokazują erę antropogeniczną. Źródło: (Andra Reed i inni, 2015).
Niezależnie od niepewności co do częstotliwości, wielkości lub ścieżek przyszłych cyklonów tropikalnych (TC), ryzyko zalania wybrzeża dla tego regionu będzie wzrastać wraz ze wzrostem prędkości RSLR.
Główna autorka, Andra J. Reed z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii, wyjaśniła dla Carbon Brief 2:
Zdarzenie Sandy zwróciło uwagę, że podatność Nowego Jorku na powodzie spowodowane falami sztormowymi i podnoszeniem się poziomu morza przybiera coraz bardziej na sile w miarę dalszego ocieplania się klimatu.
Badania pokazały, że duża część szkód spowodowanych przez huragan Sandy była wynikiem 3-4-metrowej fali sztormowej, którą on spowodował.
Redaktor naukowy Robert McSweeney w Carbon Brief napisał na temat tego czym jest i jak powstaje fala sztormowa:
Kiedy nad morzem znajduje się system pogody sztormowej, jego niskociśnieniowy ośrodek podciąga powierzchnię wody. Następnie, gdy sztorm wieje na ląd, wiatr pcha morze w kierunku wybrzeża, tworząc jeszcze wyższy poziom morza i uderzając w linię brzegową dużymi falami. Tak wygląda fala sztormowa. Wysokość, jaką może osiągnąć fala sztormowa, zależy od poziomu morza, pływów i skali cyklonu tropikalnego. Tak więc wraz ze wzrostem poziomu mórz fala sztormowa ma większe szanse na przełamanie przybrzeżnych zabezpieczeń przeciwpowodziowych. Podobnie, jeśli cyklony tropikalne staną się częstsze, bardziej intensywne lub trwalsze, przypływy sztormowe mogą również osiągnąć nowy poziom.
Naukowcy zaobserwowali w prawie wszystkich swoich modelach występowanie najsilniejszych typów cyklonów tropikalnych (kategorie 3, 4 i 5) w erze antropogenicznej, a to oznaczało, że duże fale sztormowe pojawiają się najczęściej co najmniej od 1970 roku. Obliczyli, że przed antropogenicznymi zmianami klimatu, powódź o wysokości 2,25 m występowała raz na 500 lat, a obecnie oczekuje się, że będzie nasilać się co 24 lata. Reed ujmuje to w inny sposób na łamach serwisu Carbon Brief:
Powódź o takiej sile, jakiej człowiek mógł nigdy nie widzieć w erze przedantropogenicznej, staje się wydarzeniem, które człowiek może teraz widzieć kilka razy w ciągu swojego życia w obecnym klimacie.
Jeszcze jedną bardzo interesującą rzeczą jest to, że naukowcy zidentyfikowali dwa rodzaje cyklonów tropikalnych, które zazwyczaj uderzają w Nowy Jork. I przy okazji odkryli, że oba stają się coraz silniejsze.
Pierwszy typ cyklonu ma stosunkowo małą prędkość wiatru, ale za to bardzo duży promień. Reed powiedziała, że huragan Sandy był właśnie przykładem tego typu cyklonu. Jak wynika z badań, burze te stają się jeszcze większe w erze antropogenicznej.
Natomiast drugi typ cyklonu jest w postaci mniejszej burzy, ale już ze znacznie większymi prędkościami wiatru. A te prędkości robią się coraz większe, ponieważ ludzie mają wpływ na ocieplanie się klimatu.
Reed powiedziała na koniec w tym samym serwisie:
Wierzymy, że to, co widzimy w naszych wynikach, to najprawdopodobniej wzrost ekstremów dwóch różnych rodzajów burz w epoce antropogenicznej – wzrost wielkości większych burz, które niekoniecznie są intensywne, a także wzrost siły intensywnych burz, które niekoniecznie muszą być bardzo duże.
Reed ostrzegła, że oba rodzaje burz są w stanie wywołać jeszcze znacznie większe fale sztormowe.
—-
W całym Nowym Jorku huragan Sandy spowodował śmierć 43 osób, uszkodził lub zniszczył setki tysięcy domów, zakładów pracy oraz pozostawił miliony ludzi bez prądu. Znaczna część zniszczeń była wynikiem fali sztormowej spowodowanej przez huragan. W mieście połączony wpływ fali sztormowej i przypływu podczas wystąpienia huraganu Sandy przyczynił się do tego, że poziom morza osiągnął rekordową wysokość 3,44 metra. Fala zalała rzekę East River, która z kolei wylała się przynosząc powódź w Dolnym Manhatanie. Zalane wtedy zostało siedem głównych tuneli metra.
Profesor Ning Lin, z Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska na Uniwersytecie w Princeton, powiedział o tym, że do końca XXI wieku prawdopodobieństwo powtórzenia podobnych powodzi jak podczas huraganu Sandy, może być 17-krotne 3.
W swoich badaniach naukowcy zastosowali cztery modele ogólnej cyrkulacji (GCM – General Circulation Model)
- CNRM-CM3 (Centre National de Recherches Météorologiques, Météo-France)
- ECHAM5 (Instytut Maxa Plancka)
- GFDL-CM2 .0 (Laboratorium Geofizycznej Dynamiki Płynów NOAA)
- 2 (Centrum Badań nad Systemem Klimatycznym/National Institute for Environmental Studies/Frontier Research Center for Global Change, Japonia)
Ponadto zespół Lina do analizy fal sztormowych zastosował statystyczny deterministyczny model huraganu i model hydrodynamiczny o wysokiej rozdzielczości. Również ustalił klimatologię pływów i fal morskich dla globalnego modelu klimatu (GCM) z lat 1981-2000 i prognozowanego klimatu z 2081-2100 (w ramach scenariusza emisji A1B Międzyrządowego Raportu Specjalnego Zespołu ds. Zmian Klimatu w sprawie scenariuszy emisji), na podstawie reanalizy Krajowego Centrum Prognozowania Środowiska (NCEP – National Centers for Environmental Prediction).
W sumie naukowcy oszacowali w przeszłym, obecnym i przyszłym klimacie symulacje prawdopodobieństwa wystąpienia powodzi w Nowym Jorku podczas pojawienia się podobnego huraganu jak Sandy. Model GCM połączył dane historyczne i prognozy dotyczące wzrostu poziomu morza z szacunkami dotyczącymi zmiany częstotliwości i wielkości burz tropikalnych, takich jak huragan Sandy.
Praca zespołowa profesora Lina mówi jeszcze o tym, że wysokość jaką może osiągnąć fala sztormowa, zależy od trzech głównych czynników:
- a) względnego wzrostu poziomu morza
- b) wielkości i intensywności sztormu
- c) naturalnych wahań pływów.
Dodatkowo, badanie podkreśla, że częstość i intensywność fal sztormowych częściowo wynika z powodu globalnego wzrostu poziomu morza wynoszącego około 13-18 cm, ale przede wszystkim z przyczyny zmiany glacjalno-izostatycznej (GIA – Glacial Isostatic Adjustment), czyli roztapiania się lodowców i lądolodów, co przyczyniło się do podniesienia poziomu morza o około 26-30 cm.
Naukowcy przewidują, że w przyszłości częstotliwość powodzi podobnych do Sandy prawdopodobnie wzrośnie „jeszcze bardziej gwałtownie” niż w przeszłości. W swoim artykule napisali:
W scenariuszu umiarkowanych emisji podnoszący się poziom mórz i zmieniające się burze tropikalne oznaczają, że powodzie podobne do zdarzeń podczas huraganów wielkości Sandy, mogą do końca stulecia występować od trzech do 17 razy częściej niż obecnie.
Oznaczać będzie to, że mieszkańcy Nowego Jorku mogą spodziewać się tego typu powodzi z wysokimi falami sztormowymi nawet co 23 lata. Oczywiście przy najnowszych wyższych scenariuszach emisji (patrz: VI Raport Oceny IPCC) pomiędzy SSP3-7.0 a SSP5-8.5, tego typu zdarzenia będą znacznie częściej pojawiać się.
Fot.1. Widok satelitarny huraganu Sandy w dniu 29 października 2012 r. Źródło : Projekt NOAA/NASA GOES.
Patrząc w przyszłość, główny autor, profesor Lin stwierdził, że w modelach klimatycznych nadal nie ma pewności, jak zmienią się burze tropikalne. Ale to nie znaczy, że ryzyko nie powinno być brane pod uwagę. Dla Carbon Brief tak powiedział 4:
Niektóre modele pokazują, że aktywność burzowa wzrośnie i – w oparciu o te modele – nie należy lekceważyć zmiany aktywności burzowej, ponieważ znacząco przyczyniłaby się ona do wzrostu poziomu morza.
Prognozy wzrostu poziomu mórz są znacznie bardziej pewne, i to właśnie odgrywa największą rolę w rosnącym ryzyku powodziowym. Nawet jeśli burze tropikalne nie staną się bardziej intensywne ani częstsze, oczekuje się, że częstotliwość występowania powodzi podobnych do Sandy wzrośnie z jednego razu na 400 lat w roku 2000 do jednego razu na 90 lat w roku 2100.
Rys.2. Szacowany przeszły i przewidywany w przyszłości względny wzrost poziomu morza w Battery w stanie Nowy Jork. Wykres przedstawia rekonstrukcje dawnego poziomu morza (czerwone prostokąty), obserwowane zmiany (zielona linia), średnią prognoz modelu klimatu dla przyszłego poziomu morza (czarna linia) zgodnie z RCP4.5 oraz zakres wyników modelu (obszar zacieniony). Względna zmiana poziomu morza uwzględnia wahania poziomu powierzchni lądu. Źródło: (Ning Lin i inni, 2016).
Referencje:
- Reed A. J. et al., 2015 ; Increased threat of tropical cyclones and coastal flooding to New York City during the anthropogenic era ; Proceedings of the National Academy of Sciences ; https://www.pnas.org/content/112/41/12610
- McSweeney R., 2015 ; Climate change is raising the risk of coastal floods in New York City, study finds ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/climate-change-is-raising-the-risk-of-coastal-floods-in-new-york-city-study-finds
- Lin N. et al., 2016 ; Hurricane Sandy’s flood frequency increasing from year 1800 to 2100 ; Proceedings of the National Academy Sciences ; https://www.pnas.org/content/113/43/12071
- McSweeney R., 2016 ; Hurricane Sandy-sized floods up to 17 times more likely by 2100 ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/hurricane-sandy-size-floods-up-to-17-times-more-likely-by-2100