The Science behind Superstorm Sandy’s Crippling Storm Surge

GOWANUS, BROOKLYN —Superstorm Sandy’s Surge stoppte etwas mehr als einen Block von meinem Haus entfernt und spiegelte fast genau die Grenze zweier verschiedener Flutzonen in der Nähe auf der Evakuierungskarte von New York City wider. Häuser, Geschäfte und Lagerhäuser in der Nähe des Gowanus-Kanals am westlichsten Ende von Long Island – einer der am stärksten verschmutzten Standorte in den USA. infolge eines industriellen Erbes, gepaart mit Abwasserüberläufen bei starkem Regen, Qualifizierung des Grundmülls, Gewässer und angrenzendes Land für die Bezeichnung Superfund — Sägekeller und untere Stockwerke verwandelten sich in stinkende Pools. Das faule Wasser blieb auch am Tag danach von Sandsäcken und anderen möglichen Antiflood-Vorsichtsmaßnahmen eingeschlossen.In der gesamten Metropolregion New York und weiter südlich in New Jersey stürzten Sandys Hurrikanwinde Bäume und Stromleitungen um und verursachten Schäden in Höhe von schätzungsweise 20 Milliarden US-Dollar oder mehr. Aber die dauerhaftesten Auswirkungen der Winde mit mehr als 74 Meilen pro Stunde könnten von der massiven Wasserwelle herrühren, die sie auf Land drückten, Strände auslöschten, Promenaden ertränkten, U-Bahn-Tunnel füllten, die elektrische Infrastruktur zerstörten und Leben zerstörten.

Obwohl es schwer zu glauben ist, hätte das Ereignis noch schädlicher sein können. „Das war nicht der schlimmste Fall“, sagt Jamie Rhome vom National Hurricane Center (NHC) der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration. „Ein schlimmster Fall wäre ein stärkerer Sturm mit genau der gleichen Spur gewesen“, der auch zur gleichen Zeit wie die Flut an Land kam. „Das hätte noch mehr Überschwemmungen verursacht“, fügt er hinzu.

Doch die massiven Überschwemmungen von Superstorm Sandy sind in den letzten Jahrzehnten bereits beispiellos. Experten zufolge wird es jedoch in den kommenden Jahrzehnten nur wahrscheinlicher, dank einer Kombination aus lokaler Geographie, gefährdeter Küstenentwicklung und bereits stattfindendem Meeresspiegelanstieg infolge des Klimawandels. In Zukunft braucht es keinen Frankensturm wie Sandy, um die Region zu überschwemmen. Angesichts dieser Realität könnte die beste Verteidigung darin bestehen, die Unvermeidlichkeit von Überschwemmungen zu akzeptieren und die Infrastruktur darauf vorzubereiten, ihr standzuhalten, wie es in anderen Regionen üblich ist, die historisch anfälliger für Sturmfluten sind.

Nicht die erste Flut
Die Metropolregion New York hat im Laufe ihrer Geschichte natürlich schädliche Sturmfluten erlitten, obwohl die meisten nicht so schwerwiegend waren. Zum Beispiel stürmte 1960 Hurrikan Donna die gesamte Ostküste als tropischer Zyklon der Kategorie 2 mit Winden über 105 Meilen pro Stunde. Obwohl Donna mildernde Faktoren hatte – es kam bei Ebbe an und dieser Sturm (wie der Hurrikan Irene der Kategorie 1 im letzten Jahr) reiste parallel zur Küste, anstatt ihn frontal zu treffen — diese Winde drückten genug Meerwasser in den New Yorker Hafen, um eine Sturmflut von mehr als sechs Fuß zu verursachen, die Teile von Manhattan überschwemmte.Im Gegensatz dazu ist Sandys größerer Anstieg ein Ergebnis der Spur des posttropischen Zyklons, bei der der Supersturm sich an die Küste von New Jersey wandte und dann die Küste von New Jersey zertrümmerte und eine strafende Wasserwand davor in den Garden drückte State Küste sowie nördlich in den Hafen von New York.

Wie erzeugen Winde eine Sturmflut? In einem tropischen Wirbelsturm ist der Luftdruck an den Rändern am höchsten und in der Mitte niedrig. Die Luft strömt bei Geschwindigkeiten über 74 mph, um diesen Niederdruckbereich zu füllen. Darüber hinaus trägt der niedrige Druck selbst dazu bei, den Meeresspiegel darunter zu erhöhen und die Woge dort zu verstärken, wo das Zentrum des Sturms landet. Die Wellenaktion selbst kann den Effekt ebenfalls verstärken und einer Sturmflut noch mehr Höhe verleihen, wenn sich die Wellen übereinander an Land stapeln.

Es gibt noch einen weiteren wichtigen Faktor für die ultimative Auswirkung der Welle: die Küstengeographie. „Storm Surge ist wie Immobilien: Lage, Lage, Lage“, sagt Rhome. Im New Yorker Hafen fungierte die umliegende Küste als Trichter und leitete immer mehr Wasser in eine immer engere Region. Wenn ein riesiges Wasservolumen auf diese Weise begrenzt wird, „hat es keine andere Wahl, als das umliegende Land zu verschütten und zu überfluten“, bemerkt Rhome. Und an Stellen, an denen das Ufer sanft zum Meer abfällt, anstatt steil abzufallen, kommt es zu einer noch größeren Sturmflut. New York City, mit einigen 305 Quadratmeilen Fläche, ist besonders anfällig für Sturmfluten wegen seiner mehr als 500 Meilen Küste verfügen über kleine Buchten, Buchten und andere potenzielle Trichter, die steigende Meerwasser weit ins Landesinnere kanalisieren können.

Die Kunst der Wellenvorhersage
Ein wichtiger Teil der Bewältigung solcher Überschwemmungen besteht darin, zu wissen, wie wahrscheinlich es ist, dass sie getroffen werden und wie hoch sie sein werden, wenn sie an Land kommen. Die Sturmfluteinheit des National Hurricane Center stützt ihre Projektionen auf die Wassermenge, die sich physisch auf dem Land bewegen wird, die sogenannte „nasse“ Linie über dem Meeresspiegel. Natürlich können Vorhersagen niemals perfekt sein, bemerkt Rhome (der auch ein ehemaliger Hurrikanspezialist ist) von seiner Einheit, da sich die Parameter, die die Sturmflut beeinflussen, von Stunde zu Stunde ändern: genaue Lage des Landfalls, Stärke der Winde, der Annäherungswinkel an die Küste, wie schnell sich der Sturm bewegt, wie groß er ist, unter anderem.Tatsächlich ist das NHC eine der wenigen derartigen Einrichtungen weltweit, die mehrere Vorhersagen von Sturmfluten bietet, um Notfallplanern bei der Bewältigung zu helfen. Es beginnt mit einem Computermodell, das Daten über die Küste selbst berücksichtigt, einschließlich ihrer Konturen, ihrer Tiefen, natürlichen und künstlichen Strukturen sowie des Eintritts der Flüsse und anderer Faktoren. Der Computer simuliert dann die Sturmflut basierend auf den eingegebenen Windgeschwindigkeiten, der Geschwindigkeit des Sturms selbst und seiner Gesamtgröße, die wiederum auf der besten Projektion der menschlichen Hurrikanspezialisten des NHC basieren. Diese einzige beste Vermutung ist, wo die meisten Sturmflutvorhersagen enden.

Aber selbst die besten Meteorologen mit den besten Werkzeugen und der größten Erfahrung können keines dieser Dinge genau vorhersagen, daher führt der NHC das Modell mehrmals mit mehreren Variationen der Sturmeingaben aus, wie z. B. Windgeschwindigkeit oder die Gesamtfläche des Sturms. Das Niveau einer Sturmflut kann sich bei relativ geringen Schwankungen solcher Faktoren schnell ändern. „Es ist sehr schwierig“, sagt Rhome. „Nur eine subtile Veränderung in der Meteorologie macht einen großen Unterschied.“

Zum Beispiel verlagerte Hurrikan Ivan im Jahr 2004 seine Spur, und sein Auge ging nach Osten von Mobile Bay und nicht nur nach Westen, wo es aufgrund von Prognosen erwartet worden war. Diese Richtungsänderung von weniger als 30 Meilen schnitt laut Rhome die tatsächliche Sturmflut um 10 Fuß ab und drückte Wasser aus der Bucht und nicht hinein. „Jeder, der denkt, dass er den Landfall innerhalb von 30 Meilen zwei bis drei Tage im Voraus vorhersagen kann, weiß nicht, was er tut“, sagt Rhome.Oder nehmen Sie Sandy, die nur die schwächste Stufe des Hurrikans blieb, mit anhaltenden Winden über 74 Meilen pro Stunde, obwohl der niedrigste Druck, der jemals für einen Sturm nördlich von North Carolina aufgezeichnet wurde – 943 Millibar kurz vor der Landung in New Jersey. Stattdessen erzeugte die schiere Größe von Superstorm Sandy — mit Winden, die sich über eine riesige Fläche von mehr als 1.000 Quadratmeilen ausbreiteten — den enormen Anstieg des Meereswassers. Um den Unterschied zu erkennen, stellen Sie sich einen kleineren Sturm so vor, als würden Sie einen Finger durch eine Badewanne laufen lassen — es wird nicht viel Wasser stören — während ein größerer Sturm wie das Bewegen eines ganzen Arms ist — Sie können einen erheblichen Wellengang machen.Tatsächlich drückt Sandys weitläufiges Windfeld immer noch Wasser über das normale Niveau, selbst Tage nachdem das Zentrum des Sturms auf Land gefallen ist.

Die Kosten für einen besseren Schutz
Das tief liegende New York City mit all seiner Küstenentwicklung ist besonders anfällig für diese höheren Gewässer. In Gebieten wie der Golfküste und Ostflorida, in denen mehr Hurrikanaktivitäten zu beobachten sind, tragen Flutmauern, Deiche und sogar technische Feuchtgebiete dazu bei, die Auswirkungen von Stürmen zu verringern. Es gibt Vorschläge, zum Beispiel, einen Deich um Galveston zu verlängern, Tex., um es vor Stürmen zu schützen, die in der Größe dem Hurrikan Ike von 2008 ähnlich sind.Um Manhattan vollständig zu schützen, wäre eine Hochwassermauer erforderlich, die hoch, lang und durchgehend ist und sich auf beiden Seiten um die Insel schlängelt, ähnlich der 16 Kilometer langen, fünf Meter hohen und fast fünf Meter dicken Meeresmauer entlang der Küste von Galveston. Nach dem Hurrikan Donna im Jahr 1960 wurde eine solche Seemauer tatsächlich für Coney Island vorgeschlagen — aber nie gebaut.

Das heißt nicht, dass eine solche Mauer ein Allheilmittel wäre. Selbst wenn eine solche Verteidigung gebaut würde, könnte die Mauer auch dazu dienen, Wasser bei schweren Überschwemmungen sowohl drinnen als auch draußen zu halten, wie es in Galveston nach dem Hurrikan Ike geschah. Ein solcher Ansatz ist auch aus anderen Gründen nicht immer beliebt: Er blockiert den Meerblick. „Sie haben auch ein ästhetisches Problem“, bemerkt der Geomorphologe Chris Houser von der Texas A&M University.Theoretisch könnten die Schutzmaßnahmen der Natur — Feuchtgebiete, Wälder und Barriereinseln — die Auswirkungen von Stürmen abmildern. „Es ist wie eine Seemauer, aber es besteht aus Sand“, sagt Houser über Barriereinseln und ihre Dünen, sein Hauptforschungsgebiet. Die Art und Weise, wie solche Barriereinseln herausragen — ihre konvexe Form — wirkt wie eine Unterbrechung von Sturmfluten, verglichen mit dem Trichtereffekt konkav geformter Buchten und Buchten, wie sie im New Yorker Hafen vorkommen. Aber es gibt nicht genügend verfügbare Immobilien in New York City, um natürliche Abwehrkräfte wie Feuchtgebiete oder Wälder wiederherzustellen.

Um die Auswirkungen künftiger Superstürme zu blockieren, sind auf jeden Fall größere als natürliche Barriereinseln erforderlich. In Louisiana zum Beispiel werden künstliche Barrieren dreimal höher sein als natürlich vorkommende Inseln, um Küsteneigentum und Öl- und Gasinfrastruktur abzuschirmen. Eine ähnlich übergroße künstliche Barriereinsel müsste im New Yorker Hafen errichtet werden.Das lässt möglicherweise zu teure Alternativen übrig, wie Gezeitensperren wie die in der Themse, um London zu schützen, oder ein massives System von Deichen, Deichen und anderen Wasserkontrollstrukturen wie die in den Niederlanden. Der Bau der Themse-Barriere kostete jedoch fast 2 Milliarden US-Dollar und der Betrieb rund 10 Millionen US-Dollar pro Jahr. Diese Art von Gezeitenbarriere ist seit mindestens einem Jahrhundert oder länger ein Traum einiger New Yorker Stadtplaner.

Anpassung an den Klimawandel
Als ob all das nicht genug wäre, um es zu bewältigen, gibt es den zusätzlichen Versuch, mit dem Anstieg des Meeresspiegels fertig zu werden. Zwei wichtige Faktoren sind in New York City am Werk. Erstens hat das Land, das weiter nördlich zurückprallt, nachdem das massive Gewicht der Eiszeitgletscher beseitigt wurde, die Insel Manhattan selbst langsam sinken lassen. Zweitens sind die Ozeane im Laufe des 20.Jahrhunderts lokal um fast drei Zoll gestiegen, so der US Geological Survey. Diese Änderungen werden die Schaffung eines dauerhaften Schutzes vor Sturmfluten noch schwieriger machen. „Sie beginnen bei einer neuen Null“, sagt Rhome. „Genau derselbe Sturm wird in Zukunft eine noch schlimmere Sturmflut hervorrufen.“Die Niederlande zum Beispiel planen bis zum Ende des Jahrhunderts einen Anstieg des Meeresspiegels um fast einen Meter, obwohl dies am oberen Ende der wissenschaftlichen Projektionen liegt. Der niederländische Plan sieht vor, bestehende Deiche und Deiche zu stärken und zu erhöhen, aber auch, wie es seit Hunderten von Jahren üblich ist, bestimmte Gebiete als ausfallsichere Überschwemmungsgebiete vorzubereiten, die bei Bedarf überflutet werden können.

In Zukunft wird die Vorbereitung auf solche unvermeidlichen Überschwemmungen genauso wichtig — wenn nicht sogar wichtiger — sein als der Versuch, solche Ereignisse zu verhindern. „Die Chance, dass Manhattan eine weitere Sturmflut bekommt, ist höher und höher“, bemerkt Houser. Die Infrastruktur – insbesondere jene, die sich unter der Erde befindet, wie U-Bahn-Tunnel und lebenswichtige Ausrüstung — muss hochwasserbereit gemacht werden. Kellergeneratoren oder Kraftstofftanks können beispielsweise verlegt und Pumpen in Tunneln geschützt werden, damit sie später ihre Aufgabe der Wasserentnahme erfüllen können.Das wird New York City helfen, sich zukünftigen Superstürmen zu stellen, die mehr Überschwemmungen als Sandy produzieren könnten. Zum Glück für die Metropolregion hat dieser posttropische Zyklon keinen Regen an den gleichen Stellen abgeladen, an denen er Meerwasser abgeladen hat. Wo Regen und Sturmflut zusammenkommen, werden die Überschwemmungen noch schlimmer sein. „Einige Stürme sehen eine enorme Welle an der Mündung eines Flusses zur gleichen Zeit wie viel Regen“, erklärt Rhome. „Sie können zusammenkommen, um unglaublich schädliche Ergebnisse zu erzielen.“In der Tat sind die New York City Flood Zone Karten, wie ähnliche Karten für Gemeinden in den USA, ein direktes Ergebnis von Computermodellen außerhalb der Saison, um zu sehen, was im schlimmsten Fall passieren könnte. Daher wird Zone A wahrscheinlich von jedem Sturm mit tropischer Zyklonstärke in der Region überschwemmt, während Zone C einen großen Hurrikan mit Winden über 110 mph erfordert. „Zone C ist Ihr Worst-Case-Szenario“, erklärt Rhome.

Das ist aus harter Erfahrung hier in der Zone C von Gowanus entstanden, wo selbst ein typischer nordöstlicher Regensturm Abwasserabflüsse in den Kanal erzeugt und bei härteren Regenfällen lokale Straßen in Flüsse verwandeln kann. Kombinieren Sie das mit der Art von Meerwasseranstieg, die Superstorm Sandy erzeugt hat, und noch katastrophalere Überschwemmungen werden auftreten. Es ist eine Zukunft, auf die sich New York City — und alle Küstenstädte – jetzt vorbereiten sollten. Die Lektion von Superstorm Sandy, wie der Gouverneur des Bundesstaates New York, Andrew Cuomo, auf einer Pressekonferenz an Halloween feststellte, ist „die Erkenntnis, dass der Klimawandel eine Realität ist, extremes Wetter eine Realität. Es ist eine Realität, dass wir verwundbar sind.“