Woeste winden

De verwoestende kracht van tropische cyclonen blijkt gelijke tred te houden met de stijgende temperatuur van het oceaanwater waarboven ze ontstaan.

VOOR HET EERST lijkt statistisch betrouwbaar aangetoond dat er door het broeikaseffect zwaardere tropische cyclonen ontstaan. Klimatoloog Kerry Emanuel noteert in Nature (4 augustus) dat tropische cyclonen de laatste dertig jaar stelselmatig zwaarder worden en langer duren. Emanuel is verbonden aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston. Hij geldt als een autoriteit.

Emanuel ontwikkelde een eigen Emanuelindex voor de potentiële verwoestende kracht van tropische cyclonen gebaseerd op de totale hoeveelheid energie die een cycloon tijdens zijn leven opneemt, vasthoudt en weer kwijtraakt. Hij ontdekte dat de grootte van deze index nauw gerelateerd is aan de temperatuur van het oceaanwater waarboven cyclonen ontstaan (zie grafiek). En deze temperaturen zijn, onmiskenbaar als gevolg van het broeikaseffect, aan het stijgen.

De cyclonen in kwestie zijn de extreem uitgediepte depressies die op satellietfoto's opvallen door de spiraalvormige wolkenpartijen en hun vreemde wolkenloze centrum: het `oog'. Ze hebben een levensduur van enige weken, een diameter van honderden kilometers en zijn berucht om hun enorme windsnelheden. Die hangen samen met de extreem lage luchtdruk in het oog. De lucht beweegt zich aan het aardoppervlak ruwweg in de richting van het oog en stijgt daar omhoog. Hoog in de troposfeer keren de luchtpartijen dan in een soort kringloop weer terug naar de buitenkant van de cycloon.

miljarden schade

Het Caribische gebied wordt jaarlijks door enkele cyclonen getroffen en een land als de VS loopt daar miljarden dollars schade van op. Ook bij Zuid-Oost-Azië en rond India komen veel cyclonen voor. Cyclonen ontstaan in de tropen, maar altijd een paar breedtegraden verwijderd van de evenaar, boven zeewater dat warmer is dan 26 graden Celsius.

Volgens Emanuel worden cyclonen dus door het broeikaseffect versterkt. Maar er is iets vreemds aan de hand. Emanuel is ook co-auteur van een artikel in het Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS) waarin juist gewaarschuwd wordt tegen deze conclusie. In het artikel, op internet maar nog niet in druk, betogen Roger Pielke en vijf anderen dat er géén relatie is gevonden tussen broeikaseffect en cyclonen, dat een eventueel effect maar gering zal zijn en bovendien in het niet valt bij de almaar toenemende kwetsbaarheid voor cyclonen (door het bouwen aan de kust e.d.).

In Science toonde klimatoloog Kevin Trenberth zich op 17 juni ook nog behoedzaam. Er is nog geen theoretische grond om aan te nemen dat er vaker cyclonen zullen zijn, of dat ze stelselmatig andere banen zullen volgen, schreef hij. Wel zien we dat het milieu in de zeegebieden waar cyclonen ontstaan aan het veranderen is. Ook lijkt het erop dat de intensiteit van cyclonen en de begeleidende regenval sinds 1995 toenemen.

Nu komt Emanuel met de doorbraak: ja, er is een broeikaseffect. Het is niet voor het eerst dat hij aandacht krijgt. Omstreeks 1988, toen hij op puur theoretische grond tot de slotsom kwam dat cyclonen zwaarder kònden worden ging men snel aan de haal met zijn conclusie. Het was het jaar met de extreem hete Amerikaanse zomer en de verwoestende cycloon Gilbert. Zelfs de American Meteorological Society oordeelde dat het broeikaseffect frequentie en intensiteit van cyclonen waarschijnlijk zou versterken. Maar dat had Emanuel helemaal niet gezegd.

Dankzij de commotie wordt nu al twintig jaar onderzoek gedaan aan de invloed van het broeikaseffect op cyclonen. In een nog jonge tak van wetenschap die men paleo-tempestologie heeft genoemd proberen wetenschappers met geologische methoden reconstructies te maken van frequentie en intensiteit van cyclonen in het (verre) verleden. Doel is langs deze weg een relatie te vinden tussen klimaat en cycloon-gedrag.

De ontwerpers van de gigantische computermodellen waarmee de effecten van de CO2-uitstoot op het klimaat worden gesimuleerd zijn nog niet bij machte natuurgetrouwe cyclonen in hun modellen op te wekken. Daarvoor zijn de modellen te grof. Ook blijken de diverse voorspellingen nogal tegenstrijdig.

energie

Emanuel vindt dat het antwoord alleen kan komen van een theoretische analyse van ontstaan en gedrag van cyclonen. Hij heeft naam gemaakt als de man die een elegante methode ontwikkelde voor het berekenen van de maximale hoeveelheid energie die een cycloon kan opnemen. De hierbovengenoemde kringloop die de luchtmassa's in cyclonen ondergaan vergeleek hij met de kringlopen van gassen in warmtemachines. Die machines onttrekken energie aan de warmte-opname uit een warm reservoir en de warmte-afgifte aan een koeler reservoir. De motor achter cyclonen is de opname van warmte in de vorm van waterdamp uit de oceanen en de afgifte van warmte door uitstraling van de hoge wolken naar de ruimte. De energie vindt men terug in de versnelling van luchtmassa's en het overwinnen van wrijvingseffecten.

Het mooie is dat de cycloonkringloop veel lijkt op de klassieke Carnotkringloop. Kenmerk daarvan is dat het circulerende gas steeds warmte met de omgeving uitwisselt zonder dat de temperatuur stijgt, en van temperatuur verandert zonder dat warmte wordt uitgewisseld. Het maximale rendement, de maximumhoeveelheid windenergie die uit een bepaald warmtetransport is te onttrekken, is eenvoudig te berekenen. Emanuel heeft nooit beweerd dat hij het werkelijke rendement kon berekenen. Maar er wordt een redelijke relatie tussen het maximale en gerealiseerde rendement gevonden.

grof

De totale hoeveelheid kinetische energie die de luchtmassa's in een cycloon gedurende zijn leven verwerven en uiteindelijk weer verliezen, dat is parameter die wij moeten onderzoeken op broeikas-trends, meent Emanuel. Dat heeft hij ook in het recente Nature-artikel gedaan, maar hij is daarbij uiteindelijk nogal grof tewerk gegaan. Na wat voorbehoud besluit hij dat de (over de tijd geïntegreerde) derde macht van de maximale windsnelheid die steeds in de cycloon bestaat min of meer evenredig is met de gezochte waarde. Maar die snelheid wordt pas sinds 1975 secuur gemeten, in de veertig jaar ervoor werd alleen de luchtdruk bepaald en aanvankelijk niet eens nauwkeurig. Emanuels artikel is dus een beetje een `grote greep' geworden, maar kennelijk één die de review van Nature doorstond.

Collega-klimatoloog William Gray heeft geen goed woord voor de snelheidsberekeningen: `It's a terrible paper', liet hij The Boston Globe weten. Volgens Gray is ook de opwarming van de oceanen maar een gril van de natuur.

    • Karel Knip