Fala sztormowa

Społeczności przybrzeżne na całym świecie stoją w obliczu potężnego i często niszczycielskiego zagrożenia ze strony oceanu: fali sztormowej. Zjawisko to, nienormalny wzrost poziomu morza generowany przez sztorm, może zalać obszary przybrzeżne i nisko położone, powodując znaczne szkody i stwarzając poważne zagrożenie dla życia i mienia. Zrozumienie sił stojących za falami sztormowymi ma kluczowe znaczenie dla gotowości i łagodzenia ich skutków. Są to złożone zdarzenia napędzane kombinacją czynników atmosferycznych i oceanicznych.

Co napędza falę sztormową

Do powstania i wysokości fali sztormowej przyczynia się kilka czynników:

• Napór wiatru: Jest to ogólnie uważane za największy czynnik. Silne wiatry sztormowe pchają przed sobą wody powierzchniowe. Gdy woda ta zbliża się do linii brzegowej, szczególnie w płytkich obszarach, nie ma dokąd pójść, tylko w górę i w głąb lądu, spiętrzając się przy brzegu. Prędkość i czas trwania wiatru, a także zasięg (odległość, na jaką wiatr wieje przez wodę), znacząco wpływają na wielkość tego efektu.
• Ciśnienie atmosferyczne: Niskie ciśnienie atmosferyczne w centrum burzy również odgrywa rolę, choć w większości przypadków jest mniej znaczącym czynnikiem niż wiatr. Niższe ciśnienie na powierzchni oceanu pozwala na nieznaczne podniesienie się poziomu wody, ponieważ działa na nią mniejsza siła. Jest to czasami określane jako "efekt odwróconego barometru".
• Kształt linii brzegowej i batymetria (topografia podwodna): Te cechy geograficzne mają kluczowy wpływ na to, jak silna będzie fala sztormowa.
  
  • Płytkie, łagodnie nachylone szelfy kontynentalne pozwalają wodzie łatwiej gromadzić się, gdy jest ona spychana w kierunku wybrzeża, co prowadzi do wyższych fal.
  • Wklęsłe linie brzegowe (takie jak zatoki) mogą kierować wodę, koncentrując falę i powodując jej wzrost.
  • Wąskie wloty i ujścia rzek mogą również wzmacniać fale sztormowe, ponieważ woda jest wtłaczana na mniejszy obszar.
• Rozmiar sztormu i prędkość wiatru: Większe sztormy oddziałują swoimi wiatrami na większy obszar oceanu, potencjalnie generując większe fale. Prędkość przemieszczania się sztormu może również wpływać na falowanie; szybciej poruszający się sztorm może powodować większe falowanie na bezpośrednim wybrzeżu, podczas gdy wolniej poruszający się sztorm może wypychać wodę dalej w głąb lądu, zwłaszcza do zatok i ujść rzek.
• Kąt podejścia: Sztorm uderzający prostopadle w wybrzeże z większym prawdopodobieństwem wywoła większe fale sztormowe niż sztorm poruszający się równolegle do wybrzeża lub pod skosem.
• Fale: Fale generowane przez wiatry sztormowe, choć technicznie oddzielone od spiętrzenia sztormowego, unoszą się na szczycie spiętrzenia i mogą znacznie zwiększyć całkowity poziom wody i niszczycielską siłę wzdłuż wybrzeża poprzez spiętrzenie fal.

Jak rotacja Ziemi wpływa na fale sztormowe

Efekt Coriolisa, spowodowany ruchem obrotowym Ziemi, odchyla poruszające się obiekty (w tym wodę i powietrze) w prawo na półkuli północnej i w lewo na półkuli południowej. W kontekście spiętrzeń sztormowych, efekt Coriolisa może wpływać na kierunek ruchu wody napędzany wiatrami sztormowymi. Może to spowodować większe spiętrzenie wody po jednej stronie toru burzy w stosunku do linii brzegowej, potencjalnie zwiększając wysokość fali w niektórych obszarach. W przypadku wiatrów wiejących równolegle do wybrzeża, efekt Coriolisa może odchylać przepływ wody w kierunku lub od brzegu, wpływając na wysokość fali.

Zrozumienie dodatnich i ujemnych przepięć

Kiedy mówimy o fali sztormowej, zwykle mamy na myśli "pozytywną" falę, ale jest też druga strona medalu:

• Pozytywna fala sztormowa: Jest to najczęściej omawiany typ, w którym poziom morza podnosi się powyżej normalnego przewidywanego przypływu. Powoduje to powodzie przybrzeżne.
• Negatywna fala sztormowa: Występuje, gdy silne wiatry morskie lub wiatry wiejące równolegle do wybrzeża w określonym kierunku (pod wpływem efektu Coriolisa) odpychają wodę od linii brzegowej, powodując niższy niż normalnie poziom morza. Nie powodując powodzi, ujemne fale sztormowe nadal mogą być niebezpieczne, szczególnie dla żeglugi, ponieważ mogą prowadzić do znacznego obniżenia głębokości wody w portach i kanałach przybrzeżnych.

Są to zasadniczo przeciwstawne zjawiska napędzane podobnymi siłami sztormowymi, ale z różnymi kierunkami wiatru w stosunku do wybrzeża, co prowadzi do gromadzenia się lub zubożenia wody w pobliżu brzegu.

Jak wysokie i rozległe mogą być fale sztormowe

Fale sztormowe mogą osiągać znaczne wysokości, a ich zasięg w głębi lądu może być rozległy, szczególnie w nisko położonych obszarach przybrzeżnych o płytkich zboczach morskich.

• Wysokość: Wysokość fali sztormowej jest mierzona jako wzrost poziomu wody powyżej normalnego przypływu astronomicznego. Mogą one wynosić od kilku stóp do ponad 20 stóp (około 6 metrów) lub więcej w skrajnych przypadkach.
• Rozmiar / zasięg w głąb lądu: Obszar dotknięty spiętrzeniem sztormowym może obejmować setki kilometrów linii brzegowej, a woda może zepchnąć kilka kilometrów w głąb lądu, zwłaszcza na płaskim terenie.

Przykłady znaczących spiętrzeń sztormowych

• Huragan Katrina (2005, Stany Zjednoczone): Huragan ten spowodował potężną falę sztormową wzdłuż wybrzeża Missisipi, a niektóre obszary doświadczyły fal szacowanych na 25 do 28 stóp (około 8-8,5 metra) powyżej normalnego poziomu pływów. W wielu miejscach zalanie sięgało daleko w głąb lądu.
• Cyklon Mahina (1899, Australia): Chociaż istnieje pewna debata na temat dokładnego pomiaru, relacje historyczne sugerują, że w zatoce Bathurst wystąpił niezwykle wysoki przypływ sztormowy (przypływ sztormowy plus przypływ astronomiczny) o wysokości około 44 stóp (około 13 metrów), chociaż znaczna część była prawdopodobnie falą na stromym terenie.
• Cyklon Bhola (1970, Bangladesz): Ten niszczycielski cyklon spowodował falę sztormową szacowaną na ponad 10 metrów (około 33 stóp), prowadząc do katastrofalnych powodzi w nisko położonej delcie rzeki Ganges i ogromnych strat w ludziach.
• Tajfun Haiyan (2013, Filipiny): Haiyan wygenerował potężną falę sztormową, która zdewastowała obszary przybrzeżne, z szacunkami sięgającymi nawet 15 stóp (około 4,5 metra) w niektórych lokalizacjach, przyczyniając się znacząco do rozległych zniszczeń i ofiar śmiertelnych.

Czy sztormy inne niż huragany mogą powodować fale sztormowe?

Podczas gdy huragany, tajfuny i cyklony są najczęstszymi i często najpotężniejszymi generatorami spiętrzeń sztormowych ze względu na ich intensywne wiatry i niskie ciśnienie, inne silne układy niskiego ciśnienia również mogą je powodować. Godne uwagi przykłady obejmują:

• Nor'easters: Te cyklony pozatropikalne, które wpływają na wschodnie wybrzeże Ameryki Północnej, mogą powodować znaczne fale sztormowe, szczególnie gdy zatrzymują się lub poruszają powoli w pobliżu wybrzeża.
• Inne intensywne cyklony pozatropikalne: Silne zimowe burze i inne głębokie układy niskiego ciśnienia w regionach o średniej szerokości geograficznej mogą również generować znaczne fale sztormowe na obszarach przybrzeżnych.

Kluczem jest obecność silnych, uporczywych wiatrów pchających wodę w kierunku wybrzeża i znaczny spadek ciśnienia atmosferycznego, warunki, które mogą wystąpić w różnych rodzajach intensywnych burz, nie tylko cyklonów tropikalnych.