Eyewall (foto: Ad Stoffelen)
Achtergrond

Orkaanvoorspellingen op langere termijn

Is de orkaanactiviteit maanden, jaren, van te voren te voorspellen?

Orkanen, typhoons, hurricanes, cyclonen, willy-willies..., deze tropische cyclonen veroorzaken elk jaar weer veel schade. De verwachtingen van koers en intensiteit een paar dagen vooruit worden gelukkig steeds beter, maar is het ook mogelijk om maanden of jaren van te voren te voorspellen hoeveel orkanen er zullen zijn en hoe krachtig zij zullen zijn? En wat zijn de verwachte effecten van het versterkte broeikaseffect?

Klimatologie
Een depressie in de tropen wordt een tropische storm genoemd, en krijgt een officiële naam, als er een (10-minuten gemiddelde) windsnelheid van 17 m/s of meer wordt gemeten. Het systeem wordt een orkaan genoemd als de windsnelheid boven de 32 m/s komt. Men spreekt van een sterke orkaan bij windsnelheden van 50 m/s of meer. De klimatologie van tropische stormen wordt geschetst in Figuur 1. Ze ontstaan alleen daar voor waar het zeewater warmer is dan ongeveer 26°C. 

Er komen geen tropische stormen voor vlak bij de evenaar, hetgeen illustreert dat de draaiing van de aarde ook een rol speelt. Verder moet de atmosfeer voldoende onstabiel zijn, zonder dat er te veel windschering is. 
Aan deze combinatie van condities wordt vrijwel het hele jaar door voldaan boven de Noordwestelijke Stille Oceaan. Daar komt ook het grootste aantal voor. Dit gebied krijgt per jaar zo'n 30 tropische stormen te verwerken, die in de Fillipijnen ook het grootste deel van de regen brengen. Tweederde hiervan groeit uit tot orkanen. Het orkaanseizoen boven de Noord-Atlantische Oceaan en het Caribische gebied duurt officieel van juni tot oktober, met een scherpe piek in augustus en september. In dit gebied is maar net voldaan aan de voorwaarden voor het ontstaan, zodat een kleine afwijking van de gemiddelde klimatologische condities veel meer of minder orkanen tot gevolg heeft. De cyclonen aan de westkust van Noord-Amerika blijven meestal boven zee; hier kan juist een kleine koersverandering grote gevolgen hebben. Boven de Zuid-Atlantische Oceaan komen vrijwel geen tropische stormen voor en ook de westkust van Zuid-Amerika is orkaanvrij.

Figuur 1. Orkaansporen in een willekeurige periode van drie jaar. Bron: Grey 1979.
Figuur 1. Orkaansporen in een willekeurige periode van drie jaar. Bron: Grey 1979.

Kans op een orkaan
In het Caraïbisch gebied en boven de Noord-Atlantische Oceaan worden de orkanen sinds 1944 goed gemeten met vliegtuigverkenningen (gecorrigeerd voor veranderende waarnemingsmethoden). Aan de hand hiervan is de kans dat een bepaalde plaats door een orkaan getroffen wordt te berekenen. Zo is bij Sint Maarten de kans per jaar dat een orkaan binnen 100 mijl (160km) voorbijkomt ongeveer 14%, de kans dat er een tropische storm langs gaat is zelfs 60%. De simpelste en betrouwbaarste lange-termijn verwachting voor deze gebieden is dus: vroeger of later zal er een orkaan langskomen, houd daar rekening mee.

Figuur 2. De kans per jaar dat er een orkaan (boven) or tropischesterom (onder) binnen 100 mijl voorbijkomt (Todd Kimberlain, uit de Hurricane FAQ van Chris Landsea)
Figuur 2. De kans per jaar dat er een orkaan (boven) or tropischesterom (onder) binnen 100 mijl voorbijkomt (Todd Kimberlain, uit de Hurricane FAQ van Chris Landsea)

Jaar-op-jaar verschillen
Zoals hiervoor genoemd, hangt het aantal orkanen in het Atlantsch gebied sterk af van externe omstandigheden. De El Niño van 1997 zorgde voor een sterke onderdrukking van de orkaanactiviteit, terwijl de La Niña van de volgende twee jaren juist weer meer orkanen toeliet. Aan de westkust van Noord-Amerika is het effect overigens juist omgekeerd: tijdens een El Niño bereiken meer orkanen de kust. Een andere factor die gecorreleerd is met het aantal orkanen is de QBO (Quasi-Biennial Oscillation: een bijna twee-jaarlijkse fluctuatie in de wind hoog in de atmosfeer), die net zoals El Niño de schering tussen de wind in de onder- en bovenlucht verandert. Meer schering geeft buien minder kans om tot een orkaanwervel uit te groeien. Ook de regenval in de Sahel hangt samen met de orkaanactiviteit. De langjarige variaties hierin en in het aantal orkanen hangen samen met variaties in de Atlantische Oceaan die tot op zekere hoogte voorspelbaar blijken te zijn.

Verwachtingen
Op basis van deze en nog wat andere predictoren maakt de groep van Bill Gray al jaren statistische seizoensverwachtingen voor het orkaanseizoen in de Noord-Atlantische sector, die duidelijk enige skill hebben. 

Het ECMWF heeft een andere veelbelovende weg ingeslagen: op experimentele basis worden seizoensverwachtingen van het aantal orkanen gemaakt met een (ensemble) klimaatmodel. De resolutie van het ECMWF klimaatmodel is weliswaar te laag om echte tropische stormen te representeren, maar de analoge (grotere) structuren blijken ongeveer hetzelfde te reageren op de achtergrondomstandigheden als de echte cyclonen. Het ECMWF schaalt de op tropische stormen lijkende structuren naar de klimatologie van echte tropische stormen en kan zo toch realistische verwachtingen te maken, met een skill die niet onderdoet voor de methode van Bill Gray (zie figuur 3). 
De foutenmarges worden geschat door de verwachtingen van de 30 ensembleleden met elkaar te vergelijken. Nog afgezien van onzekerheden in de verwachte achtergrond is er al een 1-σ marge van √n door de kleine aantallen: bij een verwachting van 16 tropische stormen is er rond de 65% kans dat het werkelijke aantal tussen de 12 en 20 zal liggen.

Figuur 3. Aantal tropische stormen op de Noord-Atlantische Oceaan, Golf van Mexico en het Caraïbisch gebied 1991--2000: de waarnemingen (rood), en de juni-verwachtingen van de groep van Gray (paars) en het ECMWF (groen). De foutenbalken geven de marge waa
Figuur 3. Aantal tropische stormen op de Noord-Atlantische Oceaan, Golf van Mexico en het Caraïbisch gebied 1991--2000: de waarnemingen (rood), en de juni-verwachtingen van de groep van Gray (paars) en het ECMWF (groen). De foutenbalken geven de marge waa

Decadale variaties
De meetreeks in het Noord-Atlantische gebied is zo lang en homogeen dat er iets over decadale (tienjaarlijkse) variaties gezegd kan worden. In de tweede helft van de jaren negentig waren er meer tropische stormen en sterke orkanen dan in de jaren zeventig en tachtig (zie figuur 4). 

Figuur 4. Het aantal tropische stormen (blauw) en sterke orkanen (rood) in het Caraïbische gebied en boven de Noord-Atlantische Oceaan per jaar vanaf 1944 (Landsea et al). De getrokken lijnen geven het 10-jaars lopend gemiddelde.
Figuur 4. Het aantal tropische stormen (blauw) en sterke orkanen (rood) in het Caraïbische gebied en boven de Noord-Atlantische Oceaan per jaar vanaf 1944 (Landsea et al). De getrokken lijnen geven het 10-jaars lopend gemiddelde.

Het is verleidelijk dit aan klimaatverandering toe te schrijven, maar de jaren '50 en '60 waren eveneens zeer actief. Deze schommeling lijkt nauw samen hangt met de droogte in de Sahel in de jaren '70 en '80. Modelsimulaties met voorgeschreven zeewateroppervlaktetemperatuur laten zowel minder tropische stormen zien als droger weer in de Sahel. Er zijn steeds meer aanwijzingen dat deze variaties deels voorspelbaar zijn, zodat we op het punt staan om ook tienjaars orkaanverwachtingen te maken. 

Orkanen bij een verdubbeling van CO2
De volgende tientallen jaren zal de verhoogde concentratie van CO2 en andere broeikasgassen het klimaat waarschijnlijk ook veranderen. Het effect daarvan op orkanen blijkt heel lastig te schatten. De aanname dat de orkanen mee zullen migreren met de 26°C zeewatertemperatuurgrens is te simplistisch, gezien het grote aantal factoren dat nog meer een rol speelt bij de vorming van orkanen, en die ook zullen veranderen. De orkaanactiviteit is ook niet direct te voorspellen met gewone klimaatmodellen wegens de lage resolutie. De `tropische stormen' die in deze modellen voorkomen zijn heel erg gevoelig voor impliciete aannames zoals het convectieschema. De helft van de studies vindt dan ook een toename, de andere helft een afname bij een verdubbeling van CO2. Studies naar de verandering van alle factoren die het ontstaan en de groei van orkanen beïnvloeden laten zien dat de toename van de zeewatertemperatuur vrijwel precies gecompenseerd wordt door een toename van de stabiliteit van de atmosfeer. De grenswaarde zou dan in de buurt van de 28°C komen te liggen. 

Modelstudies met hoge-resolutiemodellen die orkanen wel goed beschrijven laten een afname van het totale aantal orkanen zien in een warmer klimaat, maar een toename van de sterkste orkanen. De effecten zullen echter de eerstvolgende tientallen jaren klein zijn ten opzichte van de natuurlijke variabiliteit.

Conclusies
De belangrijkste voorspelling voor het voorkomen van orkanen op lange termijn is de klimatologie. De jaar-op-jaar variaties hierop zijn goed begrepen en redelijk voorspelbaar. De natuurlijke decadale fluctuaties zijn redelijk begrepen, maar nog niet voorspelbaar. Het versterkte broeikaseffect zal waarschijnlijk een toename van de maximale intensiteit geven van hoogstens 10-20% of meer; we kunnen niet zeggen of het aantal zal toenemen of afnemen. De beste schatting is dus dat de veranderingen de komende tijd klein zullen zijn vergeleken met de natuurlijke variabiliteit. 

Literatuur
K. Emanuel, Increasing destructiveness of tropical cyclones over the past 30 years, 2005, Nature 436 686-689 (PDF) 
W. M. Gray, Hurricanes: their formation, structure and likely role in the tropical circulation, 1979, in Shaw (Ed.), Meteorology over the Tropical Oceans, Royal Meteorological Society, Bracknell. 
R.J. Haarsma, J.F.B. Mitchell and C.A. Senior, Tropical disturbances in a GCM, 1993, Climate Dynamics, 8, 247-257. 
Henderson-Sellers et al, Tropical Cyclones and Global Climate Change: A Post-IPCC Asessment, 1998, BAMS 79 19-37 
De Hurricane FAQ van Chris Landsea

Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen