Das ENSO-Phänomen

Hurrikan

Ebenso wie die Begriffe Taifun (China, Japan), Zyklon (Bengalen), Willy-Willy (Australien) und Mauritius-Orkan eine regionale Bezeichnung für die allgemein als tropischer Wirbelsturm bekannte Erscheinung. Ein tropischer Wirbelsturm besteht aus einer nahezu kreisförmigen Wolkenmasse von 500-600 km Durchmesser und vielen tausend Metern Höhe. Seine Lebensdauer beträgt mehrere Tage bis zu über einer Woche. Typisch ist das sogenannte Auge, der innerste Bereich mit einem Durchmesser von 20-40 km. Dort ist der Himmel heiter bis wolkenlos bei weitgehender Windarmut.

Sintflutartige Regenfälle sind üblich, ebenso wie hohe Windgeschwindigkeiten mit Spitzen von 80 m/sek (290 km/h) und darüber. Die Zone höchster Windgeschwindigkeiten liegt meist innerhalb von 30-50 km um das Zentrum. Dies erklärt sich aus dem Kerndruck, der mehr als 50 hPa tiefer sein kann als außerhalb, im Extrem sogar bis 100 hPa. Tropische Wirbelstürme entstehen nur über den Ozeanen zwischen 5° und 20° beiderseits des Äquators. Nur dort treffen die Bedingungen einer ausreichenden Stärke der Corioliskraft und einer Wassertemperatur von wenigstens 26-27 °C zusammen. Den Energienachschub beziehen tropische Wirbelstürme aus der freiwerdenden Kondensationswärme des reichlich vorhandenen Wasserdampfes.

Wahrscheinlich entstehen tropische Wirbelstürme aus "easterly waves", die sich mit der Passatströmung nach Westen bewegen und dabei zu einem Wirbel entwickeln.

Beim Übertritt auf Land können tropische Wirbelstürme enorme Schäden anrichten und eine große Zahl von Menschenleben kosten. Verursacher sind Flutwellen an den Küsten, die hohen Windgeschwindigkeiten sowie die extremen Regenfälle mit nachfolgenden Überflutungen.

Im Allgemeinen ist die atlantische Hurrikanaktivität während La Niña-Jahren stärker als im Durchschnitt und schwächer in El Niño-Jahren. Zwar haben La Niña and El Niño zunächst einmal Auswirkungen auf die Meerestemperaturen im tropischen Pazifik, aber sie verändern auch die großräumige atmosphärische Zirkulation derart, dass auch die Atlantikregion betroffen ist. In einem El Niño-Jahr erfahren die Luftmassen im westlichen Atlantik eine verstärkte generelle Absinktendenz, was die Wolkenbildung unterdrückt. El Niño verstärkt auch hochreichende Winde sowie vertikale Windscherungen in den unteren Schichten der Atmosphäre. Beide Erscheinungen verhindern oder schwächen Stürme. Bei La Niña-Ereignissen wird das weiträumige Absinken von Luft vermindert und die hochreichenden Winde sind allgemein schwächer, sodass die Entstehungsbedingungen für Stürme günstiger sind.

Hurrikanbildung erfordert ziemlich einförmige Winde in einer gegebenen Luftsäule, was bedeutet, dass sie eine geringe vertikale Windscherung benötigen. Hurrikane können sich nicht bilden, wenn die vertikale Windscherung über ca. 8 m/sec liegt.

El Niño erzeugt über dem tropischen Ostpazifik und über dem tropischen Atlantik westliche Windabweichungen in den oberen Atmosphärenbereichen und östliche Windabweichungen in niedrigeren Höhen. Über dem Ostpazifik sind diese Windmuster denen entgegengesetzt, die normalerweise in der Region auftreten und resultieren in einer geringeren vertikalen Windscherung. Als Folge ist die Hurrikansaison über dem Ostpazifik während eines El Nino typischerweise aktiver, denn das Gebiet mit geringer vertikaler Windscherung ist deutlich größer und begünstigt die Hurrikanbildung.

In El Niño-Episoden besteht im Westpazifik eine Neigung zu stärkeren und länger andauernden tropischen Wirbelstürmen als unter La Niña-Bedingungen. Man sieht den Grund für die Intensivierung in der Verlagerung der Region, in der die Stürme entstehen. Es ist jetzt der Zentralpazifik mit seinen bei El Niño ostwärts verlagerten Wassermassen des Warm Pool. Entfernt von jeglichen Landmassen haben die Stürme im offenen Wasser mehr Zeit durch Wasserdampfaufnahme an Stärke zu gewinnen, bevor sie auf Land übertreten. (Camargo 2005)

Historische Zugbahnen von Stürmen in der Pazifikregion Historische Zugbahnen von Stürmen in den Monaten Nov-Apr für 1956-2009 für verschiedene ENSO-Bedingungen (Saison der tropischen Wirbelstürme im Südpazifik: Nov-Dez-Jan-Feb-Mär-Apr) Die Karten zeigen historische Sturmbahnen von 1956-2009 für die Monate der Zyklonensaison der südlichen Hemisphäre (Nov-Apr). Stürme, die sich während El Niño, La Niña und ENSO-neutralen Bedingungen bildeten, werden unterschieden, um Muster aufzuzeigen, die zeigen, wie die El Niño / Southern Oscillation (ENSO) und die zyklonale Aktivität miteinander verbunden sind. Quelle: UNOCHA

Über dem tropischen Atlantik verstärken die gleichen vertikalen Windabweichungen die gesamten vertikalen Windscherungen in einem Maße, das für die Hurrikanbildung zu hoch ist. Das Gebiet mit verstärkter vertikaler Windscherung ist größer und bewirkt eine tendenziell geringere Anzahl von Hurrikanen.

La Niña erzeugt hingegen über dem tropischen Ostpazifik und über dem tropischen Atlantik östliche Windabweichungen in den oberen Atmosphärenbereichen und westliche Windabweichungen in niedrigeren Höhen. Über dem Ostpazifik sind diese Windmuster phasengleich zu denen, die man gewöhnlich in dieser Region sieht, was zu einer stärkeren vertikalen Windscherung führt. Daher ist die Hurrikansaison über dem Ostpazifik während einer La Niña typischerweise weniger aktiv, denn das Gebiet mit höherer vertikaler Windscherung ist deutlich größer.

Über dem tropischen Atlantik sind dieselben Windmuster gegenläufig zu den üblicherweise beobachteten und führen zu geringerer vertikaler Windscherung. Tendenziell gibt es während La Niña-Ereignissen mehr atlantische Hurrikane aufgrund des größeren Gebietes mit geringerer vertikaler Windscherung.

Die atlantische Hurrikansaison 2020 ging als eine Saison der Superlative in die Geschichte ein: die meisten benannten Stürme, die in einem Jahr beobachtet wurden (30); die meisten Stürme, die in den kontinentalen Vereinigten Staaten an Land gingen (12); die meisten, die Louisiana trafen (5); und die meisten Stürme, die sich im September bildeten (10). Die Saison 2020 war überdurchschnittlich stark, und das nicht nur in Bezug auf die reinen Zahlen. In den letzten Jahrzehnten haben sich atlantische Hurrikane häufiger schnell verstärkt, und ihre Vorwärtsbewegung wurde stärker gebremst. 2020 setzte beide Trends fort.

La Niña und El Niño beeinflussen auch die Region, in der sich atlantische Hurrikane bilden. Während El Niño entwickeln sich weniger Hurrikane und große Hurrikane in den inneren Tropen aus afrikanischen easterly waves. Während La Niña hingegen bilden sich dort mehr Hurrikane aus easterly waves. Diese Systeme besitzen eine größere Wahrscheinlichkeit, sich zu starken Hurrikanen zu entwickeln und schließlich die karibischen Inseln und die U.S.-Küste zu bedrohen. (Siehe A Destructive Abundance)

Zusammenfassung des Wissensstandes für die mögliche künftige Entwicklung im Bereich Nordatlantik, Karibik, Golf von Mexiko

In Bezug auf die künftige Aktivität von tropischen Stürmen und Hurrikanen im Nordatlantik, in der Karibik und im Golf von Mexiko wird von einem 2 ˚C Szenario der globalen Erwärmung ausgegangen:

• Die Überflutung durch tropische Stürme und Hurrikane wird durch den Anstieg des Meeresspiegels zunehmen, der bis zum Jahr 2100 voraussichtlich um 0,4 bis 0,8 Meter ansteigen wird. Dieser Anstieg des Meeresspiegels wird zu erheblich mehr Zerstörungen an den Küsten und zu höheren wirtschaftlichen Schäden führen.
• Die Niederschlagsmenge bei tropischen Stürmen und Hurrikanen wird voraussichtlich um 15 % zunehmen.
• Die Zahl der atlantischen Hurrikane, die eine Intensität der Kategorien 4 und 5 erreichen, wird voraussichtlich um etwa 10 % zunehmen, allerdings mit großen Unsicherheiten, und einige Studien gehen von einem Rückgang aus.
• Die Zahl der tropischen Stürme und Hurrikane im Atlantik wird in den meisten Modellierungsstudien im Durchschnitt um 15 % abnehmen (nicht zunehmen), wobei auch hier große Unsicherheiten bestehen.
• Für die stärksten Winde der tropischen Stürme und Hurrikane wird eine leichte Zunahme von 3 % im Atlantikbecken prognostiziert.
• Andere Aspekte - wie Ort, Zugbahn und Größe der benannten Stürme - könnten sich ebenfalls ändern, aber bisher gibt es nur wenige konsensfähige Prognosen.

Die bisherigen und erwarteten künftigen treibhausgasbedingten Veränderungen werden mit der gesellschaftlichen Entwicklung im Atlantikbecken in Beziehung gesetzt:

• Langfristige Trends bei den wirtschaftlichen Schäden durch atlantische Wirbelstürme, die bisher aufgrund des vom Menschen verursachten Klimawandels aufgetreten sind, sind offenbar viel geringer als der Einfluss des bisherigen Anstiegs der Bevölkerung und der Infrastruktur an der Küste.
• Es wird erwartet, dass sich die Schäden durch tropische Stürme und Hurrikane in den Vereinigten Staaten und anderswo im atlantischen Becken aufgrund des Bevölkerungswachstums und der Infrastruktur an der Küste sowie der anhaltenden Inflation weiterhin in jeder Generation verdoppeln werden, selbst wenn es keine durch die globale Erwärmung verursachten Veränderungen gibt.
• Die Zunahme der wirtschaftlichen Schäden aufgrund der prognostizierten, vom Menschen verursachten Veränderungen bei der Anzahl, Intensität und Niederschlagsmenge der Hurrikane dürfte im Vergleich zur Zunahme der Bevölkerung und der Infrastruktur an der US-Küste gering sein.

Der Anstieg des Meeresspiegels wird als "Sturmschaden-Multiplikator" wirken und die Schäden bei allen Arten von auftretenden Stürmen erhöhen. (ENSO Blog, Juni 2022)

Die Zukunft der Hurrikanvorhersage: Hurricane Analysis and Forecast System (System zur Analyse und Vorhersage von Hurrikanen)

Die NOAA hat im Frühjahr 2023 die Veröffentlichung des Hurricane Analysis and Forecasting System (HAFS) angekündigt, eines neuen und verbesserten Vorhersagemodells für tropische Wirbelstürme. HAFS ist das Hurrikanmodell der nächsten Generation der NOAA, das dem National Hurricane Center der NOAA zuverlässige Vorhersagen über die Zugbahn, Intensität und Struktur tropischer Wirbelstürme liefern wird. Eine wichtige Entwicklung in HAFS ist die Einbeziehung von hochauflösenden Moving Nests, eine entscheidende Komponente zur Verbesserung der Intensitätsvorhersagen.

Die grundlegende Komponente ist das sich bewegende Gitter ('moving nest'). Das "Moving Nest" ist wie ein hochauflösendes Fernsehgerät, das es uns ermöglicht, in Bereiche eines Hurrikans hineinzuzoomen, z. B. in die Augenwand und in Bereiche mit intensivem Regen. Mit einer Auflösung von bis zu 1,2 Meilen oder 2 Kilometern in einem Modell mit einer allgemeinen Auflösung von 7 Meilen oder 12 km kann man Windgeschwindigkeiten und Niederschlagsmengen besser vorhersagen. (AOML Keynotes)

Beobachtungssysteme zur Verbesserung der Hurrikan-Vorhersage Die Grafik zeigt die verschiedenen autonomen Beobachtungssysteme, die die NOAA einsetzt, um den Ozean und die Atmosphäre in Echtzeit zu erfassen - Drohnen, Segeldrohnen, Dropsonden, Glider, Schwimmer und Drifter -, um die Vorhersage von Zugbahn und Intensitätsvorhersagen während der Hurrikansaison 2023 im Atlantik zu verbessern. Quelle: NOAA-PMEL