the Science behind Superstorm Sandy’ s Crippling Storm Surge

Gowanus, BROOKLYN—Superstorm Sandy ’ s surge pysähtyi hieman yli korttelin päässä kodistani peilaten lähes tarkasti kahden läheisen tulva-alueen rajaa New Yorkin evakuointikartalla. Koteja, kauppoja ja varastoja lähempänä Gowanuksen kanavaa Long Islandin läntisimmässä päässä—yksi Yhdysvaltain saastuneimmista paikoista. seurauksena teollinen perintö pariksi jäteveden tulvii rankkasateita, kelpuuttaen sen pohja muta, vedet ja viereinen maa Superfund nimeäminen—saw kellareita ja alemmat kerrokset muuttui haiseva altaat. Likaiset vedet jäivät hiekkasäkkien ja muiden tahallisten suojavesien saartamiksi vielä ylihuomenna.

koko New Yorkin metropolialueella ja etelämpänä New Jerseyssä Sandyn hurrikaanivoimaiset tuulet kaatoivat puita ja sähkölinjoja aiheuttaen arviolta 20 miljardin dollarin tai enemmän tuhoja. Mutta yli 74 kilometriä tunnissa puhaltavien tuulten kestävin vaikutus on saattanut johtua niiden maan päälle työntämästä valtavasta vedenpaisumuksesta, joka on tuhonnut rantoja, hukuttanut jalkakäytäviä, täyttänyt metrotunneleita, tuhonnut sähköinfrastruktuuria ja tuhonnut ihmishenkiä.

vaikka sitä voi olla vaikea uskoa, tapahtuma olisi voinut olla vielä vahingollisempi. ”Tämä ei ollut pahimmasta päästä”, sanoo storm surge-asiantuntija Jamie Rhome Yhdysvaltain meri-ja Ilmakehähallinnosta (NHC). ”Pahimmassa tapauksessa olisi ollut voimakkaampi myrsky, jolla oli sama rata, – joka myös rantautui samaan aikaan nousuveden kanssa.” ”Se olisi aiheuttanut vielä enemmän tulvia”, hän lisää.

silti supermyrsky Sandyn massiiviset tulvat ovat jo ennenkuulumattomia viime vuosikymmeninä. Asiantuntijoiden mukaan se tulee kuitenkin vain todennäköisemmäksi lähivuosikymmeninä paikallisen maantieteen, haavoittuvan rannikkokehityksen ja ilmastonmuutoksen aiheuttaman merenpinnan nousun yhdistelmän ansiosta. Tulevaisuudessa ei tarvita Sandyn kaltaista frankenmyrskyä peittääkseen alueen alleen. Kun otetaan huomioon, että todellisuus, paras puolustus voi olla hyväksyä väistämättömyys tulvat ja valmistella infrastruktuuria kestämään sen, kuten on yleistä muilla alueilla, jotka ovat historiallisesti alttiita myrskytulva.

ei ensimmäinen tulva
New Yorkin metropolialue on toki kärsinyt tuhoisia myrskypuuskia koko historiansa ajan, vaikka useimmat eivät olleet yhtä vakavia. Esimerkiksi vuonna 1960 Hurrikaani Donna riehui koko itärannikolla kategorian 2 trooppisena syklonina, jonka tuulet olivat yli 105 mph. Vaikka Donnalla oli lieventäviä tekijöitä – se saapui laskuveden aikaan ja että myrsky (kuten viime vuoden kategorian 1 hurrikaani Irene) kulki rinnakkain rannikolla sen sijaan, että olisi iskenyt sitä suoraan—nämä tuulet työnsivät tarpeeksi merivettä New Yorkin satamaan aiheuttaakseen yli metrin myrskypuuskan, joka samalla tavoin tulvatti osia Manhattanista.

sen sijaan Sandyn suurempi aalto on seurausta jälkitrooppisen syklonin radasta, jossa supermyrsky kääntyi New Jerseyn rannikolle ja murskasi sen jälkeen sen edessä olleen vesiseinän Gardenin osavaltion rannikolle sekä pohjoiseen New Yorkin satamaan.

miten tuulet saavat aikaan myrskypuuskan? Trooppisessa hirmumyrskyssä ilmanpaine on korkein reunoilla ja matala keskiosassa. Ilma virtaa yli 74 mph: n nopeudella täyttääkseen tuon matalapaineen alueen. Lisäksi matalapaine itsessään auttaa nostamaan merenpintaa alapuolellaan, mikä nostaa nousuvirtausta siellä, missä myrskyn keskus tekee rantautumista. Aaltotoiminta itsessään voi myös tehostaa vaikutusta, mikä lisää entisestään myrskypuuskan korkeutta, kun aallot kasaantuvat rantaan toisen päälle.

aallokon lopulliseen vaikutukseen vaikuttaa toinenkin tärkeä tekijä: rannikkomaantiede. ”Storm surge on kuin kiinteistö: sijainti, sijainti, sijainti”, Rhome sanoo. New Yorkin satamassa ympäröivä rannikko toimi suppilona, joka kanavoi yhä enemmän saapuvaa vettä kapeammalle ja kapeammalle alueelle. Kun valtava vesimäärä joutuu näin ahtaalle, ”sillä ei ole muuta vaihtoehtoa kuin vuotaa ulos ja tulvia ympäröivään maahan”, Rhome toteaa. Ja paikoissa, joissa ranta laskeutuu loivasti merelle, sen sijaan että se putoaisi jyrkästi, seurauksena on vielä suurempi myrskypiikki. New Yorkin kaupunki, jonka pinta-ala on noin 305 neliökilometriä, on erityisen altis myrskypuuskille, koska sen yli 500 meripeninkulman rannikkovyöhykkeellä on pieniä lahtia, luotoja ja muita mahdollisia suppiloita, jotka voivat kanavoida nousevia merivesiä kauas sisämaahan.

tulvavesien ennustamisen taito
tärkeä osa tällaisten tulvavesien torjumisessa on sen tietäminen, kuinka todennäköisesti ne osuvat ja kuinka korkealla ne ovat rantautuessaan. Yhdysvaltain hurrikaanikeskuksen Myrskyaaltoyksikkö perustaa ennusteensa veden määrään, joka fyysisesti liikkuu maan päällä, jota kutsutaan ”märäksi” linjaksi merenpinnan yläpuolella. Ennusteet eivät tietenkään voi koskaan olla täydellisiä, Rhome (joka on myös entinen hurrikaaniasiantuntija) toteaa yksiköstään, sillä myrskypuuskiin vaikuttavat parametrit muuttuvat tunti tunnilta: muun muassa tarkka laskeutumispaikka, tuulten voimakkuus, lähestymiskulma rannikolle, kuinka nopeasti myrsky liikkuu, kuinka suuri se on.

itse asiassa NHC on yksi harvoista tällaisista laitoksista maailmassa, joka tarjoaa useita ennusteita myrskypuuskista hätäsuunnittelijoiden selviytymiseksi. Se alkaa tietokonemallilla, joka ottaa huomioon tiedot rannikosta itsestään, mukaan lukien sen ääriviivat, syvyydet, luonnolliset rakenteet ja ihmisen tekemät, ja missä joet tulevat ja muut tekijät. Tietokone simuloi storm surgea syöttötuulen nopeuksien, itse myrskyn nopeuden ja sen kokonaiskoon perusteella, jotka puolestaan perustuvat NHC: n ihmismyrskyasiantuntijoiden parhaaseen ennusteeseen. Paras arvaus on, mihin useimmat myrskypuuskaennusteet päättyvät.

mutta parhaimmatkaan meteorologit, joilla on parhaat työkalut ja eniten kokemusta, eivät pysty tarkasti ennustamaan mitään noista asioista, joten NHC pyörittää mallia useita kertoja myrskyn syötteiden eri variaatioilla, kuten tuulen nopeudella tai myrskyn kokonaispinta-alalla. Myrskypuuskan taso voi muuttua nopeasti, kun tällaisten tekijöiden vaihtelut ovat suhteellisen pieniä. ”Se on hyvin hankalaa”, Rhome sanoo. ”Vain hienoinen muutos meteorologiassa tekee valtavan eron.”

esimerkiksi Hurrikaani Ivan vuonna 2004 siirsi rataansa, ja sen silmä siirtyi Mobilenlahden itäpuolelle eikä vain länteen, jossa sitä oli ennusteiden perusteella odotettu. Tämä alle 30 mailin suunnanmuutos lyhensi varsinaista myrskypuuskaa 10 metrillä, Rhomen mukaan työntäen vettä Lahdesta sen sijaan, että se olisi sitä. ”Jokainen, joka luulee pystyvänsä ennustamaan laskeutumisen 30 mailin säteellä kahdesta kolmeen päivää etukäteen, ei tiedä, mitä tekee”, Rhome sanoo.

tai ottaa Sandy, joka pysyi vain heikoimpana hurrikaanina, kehuskellen jatkuvilla tuulilla yli 74 mph, vaikka sillä on alhaisin paine koskaan mitattu myrskylle Pohjois—Carolinan pohjoispuolella-943 millibaaria juuri ennen rantautumista New Jerseyyn. Sen sijaan supermyrsky Sandyn pelkkä koko-tuulet levittäytyivät valtavalle yli 1000 neliökilometrin alueelle-sai aikaan valtavan merivesiaallon. Jotta ymmärtäisit eron, ajattele pienempää myrskyä ikään kuin juoksisi sormen kylpyammeen läpi—se ei häiritse paljon vettä—kun taas suurempi myrsky on kuin liikuttaisi koko käsivarren läpi—voit saada aikaan merkittävän paisumisen.

itse asiassa Sandyn rönsyilevä tuulikenttä puskee vettä yhä yli normaalin, jopa päiviä sen jälkeen, kun myrskyn keskus teki rantautumisen.

paremman suojelun kustannukset
Alava New Yorkin kaupunki kaikkine rannikkoalueineen on erityisen herkkä noille korkeammille vesille. Alueilla, kuten Meksikonlahden rannikolla ja Itä-Floridassa, joissa on enemmän hurrikaaneja, tulvavallit, tulvavallit ja jopa suunnitellut kosteikot auttavat vähentämään myrskyjen vaikutuksia. On ehdotettu esimerkiksi Vallin laajentamista Galvestonin ympärille, Tex., suojellakseen sitä myrskyiltä, jotka ovat voimakkuudeltaan samanlaisia kuin vuoden 2008 hurrikaani Ike.

Manhattanin täydellinen suojaaminen vaatisi tulvavallin, joka on korkea, pitkä ja jatkuva ja kietoutuu saaren ympärille molemmin puolin samaan tapaan kuin 16 kilometriä pitkä, viisi metriä korkea ja lähes viisi metriä paksu (juureltaan) Galvestonin rantavalli. Donna-hurrikaanin jälkimainingeissa vuonna 1960 Coney Islandille ehdotettiin tällaista merimuuria—mutta sitä ei koskaan rakennettu.

se ei tarkoita, että tällainen seinä olisi parannuskeino. Vaikka tällainen puolustus rakennettaisiinkin, muuri voisi toimia myös niin, että se pitäisi veden sisällä ja ulkona ankarien tulvien aikana, kuten tapahtui Galvestonissa hirmumyrsky Iken jälkeen. Tällainen lähestymistapa ei ole aina suosittu myös muista syistä: se estää näkymät merelle. ”Sinulla on myös esteettinen ongelma”, toteaa geomorfologi Chris Houser Texas a&M-yliopistosta.

teoriassa luonnon suojelualueet—kosteikot, metsät ja sulkusaaret—voisivat vaimentaa myrskytuhoja. ”Se on kuin meren Valli, mutta se on tehty hiekasta”, Houser sanoo vallisaarista ja niiden dyyneistä, jotka ovat hänen ensisijainen tutkimusalueensa. Tapa, jolla tällaiset sulkusaaret—niiden kupera muoto—katkeavat myrskypuuskiin, verrattuna koveran muotoisten lahtien ja poukamien, kuten New Yorkin sataman, suppilovaikutukseen. Mutta ei ole riittävästi käytettävissä kiinteistöjä ympäri New York City palauttaa luonnon puolustuskykyä, kuten kosteikkoja tai metsiä.

tulevien supermyrskyjen vaikutusten estäminen vaatii joka tapauksessa suurempia kuin luonnolliset sulkusaarekkeet. Esimerkiksi Louisianassa ihmisen rakentamat esteet ovat kolme kertaa korkeammat kuin luonnossa esiintyvät saaret suojellakseen rannikon omaisuutta sekä öljy-ja kaasuinfrastruktuuria. New Yorkin satamaan pitäisi nostaa yhtä suuri ihmisen rakentama barrier island.

jäljelle jää mahdollisesti liian kalliita vaihtoehtoja, kuten Thames-joen kaltaiset vuorovesiesteet Lontoon suojelemiseksi tai massiivinen tulvavallien, patojen ja muiden veden hallintarakenteiden järjestelmä, kuten Alankomaissa. Thames Barrierin rakentaminen maksoi kuitenkin lähes 2 miljardia dollaria ja käyttö noin 10 miljoonaa dollaria vuodessa. Tuollainen vuorovesimuuri on ollut joidenkin newyorkilaisten suunnittelijoiden unelma ainakin vuosisadan tai enemmänkin.

sopeutuminen ilmastonmuutokseen
ikään kuin kaikki, mikä ei riittäisi hallintaan, on lisäkokeilu merenpinnan noususta selviytymisestä. New Yorkissa vaikuttaa kaksi merkittävää tekijää. Ensinnäkin pohjoisemmaksi kohoava maa jääkausien massiivisen painon poistuttua on saanut itse Manhattanin saaren hiljalleen vajoamaan. Toiseksi meret ovat samaan aikaan nousseet lähes kolme senttiä paikallisesti 1900-luvun aikana, arvioi Yhdysvaltain geologinen tutkimuskeskus. Nämä muutokset tekevät pitkäkestoisen suojan luomisesta myrskypuuskilta entistä haastavampaa. ”Aloitat uudesta nollasta”, Rhome sanoo. ”Täsmälleen sama myrsky tulee tuottamaan vielä pahempaa myrskypuuskaa tulevaisuudessa.”

esimerkiksi Alankomaat suunnittelee lähes metrin merenpinnan nousua vuosisadan loppuun mennessä, vaikka se on tieteellisten ennusteiden kärjessä. Alankomaiden suunnitelmana on vahvistaa ja korottaa olemassa olevia patoja ja tulvavalleja, mutta myös, kuten satojen vuosien ajan on ollut tapana, valmistaa tiettyjä alueita turvattomiksi tulva-alueiksi, jotka ovat tarvittaessa valmiita tulvimaan.

tulevaisuudessa tällaisiin vääjäämättömiin tulviin varautuminen on yhtä elintärkeää—ellei jopa tärkeämpää—kuin tällaisten tapahtumien estäminen. ”Mahdollisuus, että Manhattan saa uuden myrskypuuskan, on yhä suurempi”, Houser toteaa. Infrastruktuuri—erityisesti maan alla sijaitseva infrastruktuuri, kuten metrotunnelit ja elintärkeät laitteet—on saatava tulvavalmiiksi. Esimerkiksi kellarigeneraattorit tai Polttoainesäiliöt voidaan siirtää muualle, ja tunneleissa olevat pumput voidaan suojata, jotta ne voivat myöhemmin tehdä työnsä veden poistossa.

se auttaa New Yorkia kohtaamaan tulevat supermyrskyt, jotka voivat aiheuttaa enemmän tulvia kuin hiekkamyrskyt. Pääkaupunkiseudun onneksi tämä jälkitrooppinen hirmumyrsky ei kaatanut sateita samoihin paikkoihin, joihin se kaatoi merivettä. Siellä, missä sateet ja myrskypuuskat yhdistyvät, tulvat ovat vielä pahempia. ”Joissakin myrskyissä joen suulla tapahtuu valtava purkaus samaan aikaan kun sataa paljon”, Rhome selittää. ”Ne voivat yhdessä tuottaa uskomattoman vahingollisia tuloksia.”

itse asiassa New Yorkin kaupungin tulvavyöhykekartat, kuten vastaavat kartat kunnille eri puolilla Yhdysvaltoja, ovat suoraa tulosta off-season-tietokonemallinnuksesta, jotta nähtäisiin, mitä pahimmassa tapauksessa voisi tapahtua. Joten, vyöhyke A on todennäköisesti hukkua tahansa trooppisen syklonin vahvuus myrsky alueella, kun taas vyöhyke C vaatii suuria hurrikaani kehuskelevat tuulet yli 110 mph. ”C-vyöhyke on pahin mahdollinen skenaario”, Rhome selittää.

se syntyy kovan kokemuksen kautta täällä Gowanuksen C-vyöhykkeellä, jossa tyypillinenkin koillissateinen myrsky saa jätevedet virtaamaan kanavaan ja kovemmissa sateissa paikalliset kadut muuttuvat joiksi. Parittaa se sellainen meriveden aalto, että Superstorm Sandy tuotti ja vielä katastrofaalisia tulvia tapahtuu. Se on tulevaisuuden New York City—ja kaikki rannikkokaupungit-pitäisi valmistautua nyt. Superstorm Sandyn opetus, kuten New Yorkin osavaltion kuvernööri Andrew Cuomo totesi lehdistötilaisuudessa Halloweenina, on ” sen tunnustaminen, että ilmastonmuutos on todellisuutta, äärimmäinen sää on todellisuutta. On tosiasia, että olemme haavoittuvia.”