Штормовая волна - Storm surge

Штормовая волна , шторм наводнения , приливные волны , или шторма прилив является прибрежные наводнения или цунами -как явления восходящей воды , обычно связанных с низким давлением погодных систем, таких как циклоны . Он измеряется как повышение уровня воды выше нормального уровня приливов и отливов и не включает волны.

Главный метеорологический фактор , способствующий штормового нагон высокой скорости ветер толкает воду к берегу на протяжении длительной выборки . Другие факторы, влияющие на интенсивность штормового нагона, включают мелководность и ориентацию водоема на пути шторма, время приливов и падение атмосферного давления из-за шторма.

Большинство жертв во время тропических циклонов происходит в результате штормовых нагонов, а нагоны являются основным источником ущерба инфраструктуре и имуществу во время штормов. Некоторые предполагают, что по мере того, как экстремальные погодные условия становятся более интенсивными, а уровень моря поднимается из-за изменения климата , ожидается, что штормовые нагоны будут представлять больший риск для населения прибрежных районов. Сообщества и правительства могут адаптироваться , создавая жесткую инфраструктуру, такую ​​как защитные барьеры , мягкую инфраструктуру, такую ​​как прибрежные дюны или мангровые заросли , совершенствуя методы прибрежного строительства и разрабатывая социальные стратегии, такие как раннее предупреждение, образование и планы эвакуации.

Механика

По крайней мере, пять процессов могут быть вовлечены в изменение уровня приливов во время штормов.

Эффект прямого ветра

Сильный приземный ветер вызывает поверхностные течения под углом 45 ° к направлению ветра за счет эффекта, известного как спираль Экмана . Напряжение ветра вызывает явление, называемое «установкой ветра», которое представляет собой тенденцию повышения уровня воды на подветренном берегу и понижения на подветренном берегу. Интуитивно это вызвано штормом, уносящим воду к одной стороне бассейна в направлении ветра. Поскольку эффекты спирали Экмана распространяются по воде вертикально, эффект пропорционален глубине. Волна будет загоняться в бухты так же, как и астрономический прилив.

Влияние атмосферного давления

Воздействие давления тропического циклона приведет к повышению уровня воды в открытом океане в регионах с низким атмосферным давлением и падению в регионах с высоким атмосферным давлением. Повышение уровня воды будет противодействовать низкому атмосферному давлению, так что общее давление в некоторой плоскости под поверхностью воды остается постоянным. Этот эффект оценивается как повышение уровня моря на 10 мм (0,39 дюйма) на каждый миллибар (гПа) падения атмосферного давления. Например, при сильном шторме с перепадом давления в 100 миллибар ожидается повышение уровня воды на 1,0 м (3,3 фута) под действием давления.

Эффект вращения Земли

Вращение Земли вызывает эффект Кориолиса , изгибающий токи вправо в Северном полушарии и влево в Южном полушарии. Когда этот изгиб приводит течения к более перпендикулярному контакту с берегом, он может усилить волну, а когда он отклоняет течение от берега, это имеет эффект уменьшения волны.

Эффект волн

Воздействие волн, вызванных непосредственно ветром, отличается от штормовых ветровых течений. Сильный ветер поднимает большие сильные волны в направлении своего движения. Хотя эти поверхностные волны ответственны за очень небольшой перенос воды в открытой воде, они могут быть ответственными за значительный перенос воды у берега. Когда волны разбиваются о линию, более или менее параллельную пляжу, они уносят значительную часть воды к берегу. Когда они разбиваются, вода, движущаяся к берегу, имеет значительный импульс и может подниматься по наклонному пляжу до отметки над средней линией воды, которая может превышать удвоенную высоту волны перед разрушением.

Эффект дождя

Эффект дождя ощущается преимущественно в устьях рек . Ураганы могут сбросить до 12 дюймов (300 мм) осадков за 24 часа на большие территории и с более высокой плотностью осадков в определенных районах. В результате поверхностный сток может быстро затопить ручьи и реки. Это может повысить уровень воды в верхней части приливных устьев, поскольку штормовые воды, набегающие из океана, встречаются с ливнями, стекающими вниз по течению в устье.

Глубина моря и топография

В дополнение к вышеупомянутым процессам, штормовые нагоны и высота волн на берегу также зависят от потока воды над подстилающей топографией, то есть формой и глубиной дна океана и прибрежной зоны. Узкий шельф с глубокой водой относительно близко к береговой линии, как правило, дает более низкий нагон, но более высокие и более мощные волны. Широкий шельф с более мелкой водой имеет тенденцию вызывать более сильный штормовой нагон с относительно меньшими волнами.

Например, в Палм-Бич на юго-восточном побережье Флориды глубина воды достигает 91 метра (299 футов) в 3 км (1,9 мили) от берега и 180 м (590 футов) на расстоянии 7 км (4,3 мили) от берега. Это относительно круто и глубоко; Штормовой нагон не такой большой, но волны больше по сравнению с западным побережьем Флориды. И наоборот, на берегу залива Флориды край Флоридского плато может находиться на расстоянии более 160 километров (99 миль) от берега. Флоридский залив , расположенный между островами Флорида-Кис и материком, очень мелкий с глубиной от 0,3 м (0,98 фута) до 2 м (6,6 фута). Эти мелководные участки подвержены более сильным штормовым нагонам с меньшими волнами. Другие мелководные районы включают большую часть побережья Мексиканского залива и Бенгальский залив .

Разница заключается в том, на какую площадь потока может рассеяться штормовой нагон. На более глубокой воде площадь больше, и волна может рассеиваться вниз и подальше от урагана. На мелководном пологом шельфе у нагона меньше места для рассеивания, и он выносится на берег ветровыми силами урагана.

Топография земной поверхности - еще один важный элемент, определяющий протяженность штормовых нагонов. Районы, где суша находится на высоте менее нескольких метров над уровнем моря, особенно подвержены риску затопления штормовых нагонов.

Размер шторма

Размер шторма также влияет на высоту нагона; это связано с тем, что площадь шторма не пропорциональна его периметру. Если шторм удваивается в диаметре, его периметр также удваивается, но его площадь увеличивается в четыре раза. Поскольку периметр для перенапряжения пропорционально уменьшается, высота перенапряжения оказывается выше.

Ущерб, нанесенный ураганом Айк штормовой волной в Гилкристе, штат Техас, в 2008 году.

Внетропические бури

Подобно тропическим циклонам, внетропические циклоны вызывают подъем воды на море. Однако, в отличие от большинства штормовых нагонов тропических циклонов, внетропические циклоны могут вызывать повышение уровня воды на большой территории в течение более длительных периодов времени, в зависимости от системы.

В Северной Америке внетропические штормовые нагоны могут возникать на побережьях Тихого океана и Аляски, а также к северу от 31 ° с.ш. на Атлантическом побережье. Побережье с морским льдом может испытать «ледяное цунами», которое нанесет значительный ущерб суше. Внезапные штормовые нагоны могут быть возможны дальше к югу от побережья Персидского залива в основном в зимнее время, когда внетропические циклоны влияют на побережье, как, например, во время Шторма века 1993 года .

9–13 ноября 2009 г. ознаменовалось значительным событием внетропического штормового нагона на восточном побережье США, когда остатки урагана Ида превратились в нор -восток у юго-восточного побережья США. Во время этого события ветры с востока присутствовали вдоль северной периферии центра низкого давления в течение нескольких дней, заставляя воду проникать в такие места, как Чесапикский залив . Уровень воды значительно вырос и оставался на 8 футов (2,4 м) выше нормы во многих местах по всему Чесапику в течение нескольких дней, поскольку вода постоянно накапливалась внутри устья из-за береговых ветров и пресноводных дождей, текущих в залив. Во многих местах уровень воды был ниже рекордов всего на 0,1 фута (3 см).

Измерение перенапряжения

Нагон можно измерить непосредственно на прибрежных приливных станциях как разницу между прогнозируемым приливом и наблюдаемым подъемом воды. Другой метод измерения нагона - размещение датчиков давления вдоль береговой линии перед приближающимся тропическим циклоном. Впервые это было испытано в связи с ураганом «Рита» в 2005 году. Датчики такого типа могут быть размещены в местах, которые будут погружены в воду, и могут точно измерить высоту воды над ними.

После того, как волна от циклона утихла, группы геодезистов наносят на карту отметки паводка (HWM) на суше в строгом и подробном процессе, который включает фотографии и письменные описания отметок. HWM обозначают местоположение и высоту паводковых вод после шторма. Если при анализе HWM можно выделить различные компоненты высоты воды, чтобы можно было идентифицировать часть, относящуюся к нагону, то эту отметку можно классифицировать как штормовой нагон. В противном случае это классифицируется как штормовой прилив. HWM на суше привязаны к вертикальной системе координат (опорной системе координат). Во время оценки HWM делятся на четыре категории в зависимости от степени уверенности в оценке; только HWM, оцененные как «отлично», используются Национальным центром по ураганам при анализе нагона после урагана.

Для измерения штормовых приливов и штормовых нагонов используются два разных метода измерения. Штормовой прилив измеряется с помощью вертикальной геодезической системы координат ( NGVD 29 или NAVD 88 ). Поскольку штормовой нагон определяется как подъем воды сверх того, что можно было бы ожидать при нормальном движении, вызванном приливами, штормовой нагон измеряется с использованием прогнозов приливов с предположением, что прогноз приливов хорошо известен и лишь медленно меняется в зависимости от региона. к всплеску. Поскольку приливы - это локализованное явление, штормовой нагон можно измерить только по отношению к ближайшей приливной станции. Информация о приливных реперных отметках на станции обеспечивает перевод геодезических вертикальных данных на средний уровень моря (MSL) в этом месте, затем вычитание прогноза приливов дает высоту нагона выше нормальной высоты воды.

SLOSH

Пример SLOSH прогона

Национальный центр ураганов прогнозирует штормовые нагоны с использованием модели SLOSH, которая является аббревиатурой для морских, озерных и наземных нагонов от ураганов. Модель имеет точность в пределах 20 процентов. Входные данные SLOSH включают центральное давление тропического циклона, размер шторма, поступательное движение циклона, его траекторию и максимальные устойчивые ветры. Местный рельеф, ориентация залива и реки, глубина морского дна, астрономические приливы и другие физические характеристики учитываются в предварительно определенной сетке, называемой бассейном SLOSH. Перекрывающиеся бассейны SLOSH определены для южного и восточного побережья континентальной части США. В некоторых симуляциях штормов используется более одного бассейна SLOSH; например, прогоны модели SLOSH урагана Катрина использовали как бассейн озера Пончартрейн / Новый Орлеан , так и бассейн пролива Миссисипи для выхода на берег в северной части Мексиканского залива. Окончательный результат прогона модели будет отображать максимальную водную оболочку, или MEOW, которая произошла в каждом месте.

Чтобы учесть неопределенности отслеживания или прогноза, обычно генерируется несколько прогонов модели с различными входными параметрами для создания карты MOM или максимума максимумов. Для исследований эвакуации ураганов моделируется семейство штормов с репрезентативными траекториями для региона и различной интенсивности, диаметра глаза и скорости, чтобы получить наихудшие значения высоты воды для любого возникновения тропического циклона. Результаты этих исследований обычно получают из нескольких тысяч прогонов SLOSH. Эти исследования были выполнены Инженерным корпусом армии США по контракту с Федеральным агентством по чрезвычайным ситуациям для нескольких штатов и доступны на их веб-сайте исследований по эвакуации ураганов (HES). Они включают карты прибрежных округов, закрашенные для обозначения минимальной категории ураганов, которые приведут к наводнению, в каждом районе округа.

Воздействия

Штормовой нагон является причиной значительного материального ущерба и гибели людей в результате циклонов. Штормовая волна разрушает построенную инфраструктуру, например дороги, и подрывает фундаменты и строительные конструкции.

Неожиданное наводнение в устьях рек и прибрежных районах может застать население неподготовленным, что приведет к гибели людей. Самым смертоносным штормовым нагоном в истории стал циклон Бхола 1970 года .

Кроме того, штормовой нагон может вызвать или преобразовать землю, используемую людьми, посредством других процессов, нанося ущерб плодородию почвы , увеличивая проникновение соленой воды , нанося ущерб среде обитания диких животных и распространяя химические или другие загрязнители из хранилищ людей.

Смягчение

Хотя метеорологические исследования предупреждают об ураганах или сильных штормах, в районах, где риск прибрежных наводнений особенно высок, есть специальные предупреждения о штормовых нагонах. Они были реализованы, например, в Нидерландах , Испании , США и Великобритании . Аналогичным образом просвещение прибрежных сообществ и разработка местных планов эвакуации могут снизить относительное воздействие на людей.

Профилактический метод, внедренный после наводнения в Северном море 1953 года, - это строительство дамб и штормовых барьеров ( барьеров от наводнений ). Они открыты и позволяют свободный проход, но закрываются, когда земля находится под угрозой штормового нагона. Основными барьерами штормовых нагонов являются Остершельдекеринг и Маэсланткеринг в Нидерландах, которые являются частью проекта Delta Works ; Барьер Темзы защиты Лондона ; и плотина Санкт-Петербург в России .

Еще одно современное развитие (используемое в Нидерландах) - это создание жилых кварталов на краях заболоченных территорий с плавучими конструкциями, ограниченными вертикальными пилонами. Такие водно-болотные угодья могут затем использоваться для защиты от стока и нагонов, не вызывая повреждений конструкций, а также для защиты обычных сооружений на несколько более высоких низинных возвышенностях при условии, что плотины предотвращают проникновение крупных нагонов.

Другие методы мягкой адаптации могут включать изменение структур, чтобы они были приподняты, чтобы избежать прямого наводнения, или усиление естественной защиты, например, мангровых зарослей или дюн.

Для материковых районов штормовой нагон представляет собой большую угрозу, когда шторм обрушивается на сушу со стороны моря, а не приближается со стороны суши.

Обратный штормовой нагон

Воду также можно отсосать с берега до штормового нагона. Так было на западном побережье Флориды в 2017 году, незадолго до того, как ураган Ирма обрушился на сушу, открыв землю, как правило, под водой. Это явление известно как обратный штормовой нагон или отрицательный штормовой нагон .

Исторические штормовые нагоны

Элементы штормового прилива во время прилива
Общее разрушение Боливар полуострова (штат Техас) по ураганам Айка «S штормовой нагон в сентябре 2008 года

Самым смертоносным штормовым нагоном в истории стал циклон Бхола 1970 года , унесший жизни 500 000 человек в районе Бенгальского залива . Низменное побережье Бенгальского залива особенно уязвимо для нагонов, вызванных тропическими циклонами. Самый смертоносный штормовой нагон в двадцать первом веке был вызван ураганом Наргис , унесшим жизни более 138 000 человек в Мьянме в мае 2008 года. Следующим самым смертоносным в этом столетии был тайфун Хайян (Иоланда), унесший жизни более 6000 человек. человек в центральных Филиппинах в 2013 году и привел к экономическим потерям, оцениваемым в 14 миллиардов долларов США.

Галвестон урагана 1900 года , ураган категории 4 , обрушившегося Галвестон, штат Техас , вел сокрушительный волну на берег; погибло от 6000 до 12000 человек, что сделало это стихийное бедствие, которое когда-либо происходило в Соединенных Штатах.

Самый высокий штормовой прилив, отмеченный в исторических отчетах, был вызван циклоном Махина 1899 года, который , по оценкам, составлял почти 44 фута (13,41 м) в заливе Батерст , Австралия , но исследования, опубликованные в 2000 году, пришли к выводу, что большая часть этого, вероятно, была накаткой волн из-за крутой прибрежный рельеф. Однако большая часть этого штормового нагона, вероятно, была связана с чрезвычайной интенсивностью Махины, поскольку компьютерное моделирование требовало интенсивности 880 миллибар (26 дюймов рт. В Соединенных Штатах один из самых сильных штормовых нагонов был вызван ураганом Катрина 29 августа 2005 года, который вызвал максимальный штормовой нагон более 28 футов (8,53 м) в южной части Миссисипи с высотой штормового нагона 27,8 футов. (8,47 м) в Пассе Кристиан . Еще один рекордный штормовой нагон произошел в этом же районе из-за урагана Камилла в 1969 году с приливом 24,6 фута (7,50 м), также на перевале Кристиан. Штормовой нагон высотой 4,27 м произошел в Нью-Йорке во время урагана Сэнди в октябре 2012 года.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

  • Anthes, Ричард А. (1982). «Тропические циклоны; их эволюция, структура и эффекты, метеорологические монографии». Бюллетень Американского метеорологического общества . Ефрата, Пенсильвания. 19 (41): 208.
  • Коттон, WR (1990). Бури . Форт-Коллинз, Колорадо: ASTeR Press. п. 158. ISBN 0-9625986-0-7.
  • Данн, Гордон Э .; Баннер И. Миллер (1964). Атлантические ураганы . Батон-Руж , Луизиана: Издательство государственного университета Луизианы . п. 377.
  • Финкл, Чарльз В., младший (1994). «Смягчение последствий стихийных бедствий в прибрежной зоне Южной Атлантики (SACZ): Продром для картирования опасностей и прибрежных наземных систем на примере городских субтропиков юго-восточной Флориды». Журнал прибрежных исследований : 339–366. JSTOR  25735609 .
  • Горниц, В .; RC Daniels; TW Белый; К. Р. Бердвелл (1994). «Разработка базы данных оценки риска прибрежных районов: уязвимость к повышению уровня моря на юго-востоке США». Журнал прибрежных исследований (специальный выпуск № 12): 327–338.
  • Грантхем, KN (1953-10-01). «Набег волны на наклонные конструкции». Труды Американского геофизического союза . 34 (5): 720–724. Bibcode : 1953TrAGU..34..720G . DOI : 10,1029 / tr034i005p00720 .
  • Харрис, DL (1963). Характеристики штормового нагона урагана (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство торговли США, Бюро погоды. С. 1–139. Технический доклад № 48. Архивировано из оригинального (PDF) 16 мая 2013 года.
  • Hebert, Paul J .; Тейлор, Гленн (1983). Самые смертоносные, самые дорогостоящие и самые сильные ураганы в США в этом веке (и другие часто запрашиваемые факты об ураганах) (PDF) . Технический меморандум NOAA NWS NHC. 18 . Майами , Флорида : Национальный центр ураганов. п. 33.
  • Hebert, PJ; Джеррелл, Дж .; Мэйфилд, М. (1995). «Самые смертоносные, самые дорогостоящие и самые сильные ураганы в США в этом веке (и другие часто запрашиваемые факты об ураганах)». Технический меморандум NOAA NWS NHC 31 . Корал-Гейблс, Флорида, В: Тейт, Лоуренс, (ред.) Ураганы ... Различные лица в разных местах, (протоколы) 17-й ежегодной национальной конференции по ураганам, Атлантик-Сити, Нью-Джерси: 10–50.CS1 maint: location ( ссылка )
  • Ярвинен, BR; Лоуренс, МБ (1985). «Оценка модели штормовых нагонов SLOSH». Бюллетень Американского метеорологического общества . 66 (11): 1408–1411.
  • Jelesnianski, Честер П. (1972). SPLASH (Специальная программа для составления списка амплитуд нагонов от ураганов) I. Штормы при выходе на сушу . Технический меморандум NOAA NWS TDL-46. Сильвер-Спринг , Мэриленд: Национальное бюро развития систем метеорологической службы. п. 56.
  • Jelesnianski, Chester P .; Джай Чен; Уилсон А. Шаффер (1992). "SLOSH: волны моря, озера и суши от ураганов". Технический отчет NOAA NWS 48 . Силвер-Спринг, Мэриленд: Национальная метеорологическая служба: 71.
  • Лейн, ED (1981). Серия «Экологическая геология», Вест-Палм-Бич; Карты серии 101 . Таллахасси , Флорида: Бюро геологии Флориды. п. 1.
  • Мурти, ТС; Флатер, РА (1994). «Воздействие штормовых нагонов в Бенгальском заливе». Журнал прибрежных исследований : 149–161. JSTOR  25735595 .
  • Национальный центр ураганов; Департамент по делам общества Флориды, Отдел управления чрезвычайными ситуациями (1995 год). Атлас штормовых нагонов на озере Окичоби для высот 17,5 и 21,5 футов . Ft. Майерс , Флорида : Совет регионального планирования юго-западной Флориды.
  • Ньюман, CJ; BR Jarvinen; CJ McAdie; Дж. Д. Элмс (1993). «Тропические циклоны северной части Атлантического океана, 1871–1992 гг.». Эшвилл , Северная Каролина, и Национальный центр ураганов , Корал-Гейблс , Флорида: Национальный центр климатических данных в сотрудничестве с Национальным центром ураганов: 193. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  • Листы, Роберт С. (1995). "Штормовая погода". В Tait, Лоуренс (ред.). Ураганы ... разные лица в разных местах (материалы) . 17-я ежегодная национальная конференция по ураганам. Атлантик-Сити , Нью-Джерси, стр. 52–62.
  • Сиддики, Зубайр А. (апрель 2009 г.). «Прогноз штормовых нагонов в Аравийском море». Морская геодезия . 32 (2): 199–217. DOI : 10.1080 / 01490410902869524 . S2CID  129635202 .
  • Симпсон, Р.Х .; Арнольд Л. Сагг (1970-04-01). «Сезон ураганов в Атлантике 1969 года» (PDF) . Ежемесячный обзор погоды . 98 (4): 293. Bibcode : 1970MWRv ... 98..293S . DOI : 10.1175 / 1520-0493-98.4.293 . Проверено 11 августа 2008 .
  • Симпсон, Р. Х. (1971). «Предлагаемая шкала для ранжирования ураганов по интенсивности». Протокол восьмой конференции NOAA, NWS Hurricane Conference . Майами, Флорида.
  • Таннехилл И.Р. (1956). Ураганы . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. п. 308.
  • Национальная метеорологическая служба США (1993). Ураган !: Ознакомительный буклет . NOAA PA 91001: Министерство торговли США, Национальное управление океанических и атмосферных исследований, Национальная служба погоды. п. 36.CS1 maint: location ( ссылка )
  • Уилл, Лоуренс Э. (1978). Ураган Окичоби; Убийственные штормы в Эверглейдс . Бель-Глэйд, Флорида: Историческое общество Глэйдс. п. 204.

внешние ссылки