Dynamica van Orkanen

In dit artikel vertellen we achtergronden van het ontstaan van een orkaan. Ook wordt uitgelegd wanneer een orkaan zal afnemen in kracht.

Hoe een orkaan precies ontstaat is niet voor 100% begrepen, maar er zijn duidelijk een aantal factoren die nodig zijn:
1: De temperatuur van het water waarboven de orkaan ontstaat is groter dan 26,5 graden over een diepte van minimaal 50 meter. Dit zorgt ervoor dat de atmosfeer erboven voldoende onstabiel is voor flinke onweersbuien.
2: Een sterke afname van temperatuur met de hoogte. Hierdoor condenseert het vocht en komt de warmte-energie vrij. Dit is de belangrijkste energiebron van een orkaan.
3: Een al bestaande verstoring in de atmosfeer, zoals bijvoorbeeld een groepje onweersbuien. Vaak beginnen orkanen op de Atlantische Oceaan als onweerscomplex in West-Afrika.
4: In de onderste kilometers van de atmosfeer moet de atmosfeer veel vocht bevatten, waardoor de verstoring beter kan groeien.
5: Niet te veel wind op hoogte.
6: Minstens 5 breedtegraden van de evenaar af, zodat het Coriolis-effect de wind die naar de kern van de verstoring waait kan afbuigen en er een circulatie kan ontstaan.

De belangrijkste energiebron van een orkaan is het vrijkomen van condensatiewarmte als waterdamp op hoogte condenseert. Je kan een orkaan visualiseren als een grote warmtemotor. Zolang het systeem zich boven warm water bevindt zal de motor blijven draaien. De vrijgekomen energie versterkt de wind, daarmee wordt de kerndruk verlaagt en zo worden de stijgende bewegingen van de lucht versterkt. Dit laatste levert meer energie op door vrijkomen van condensatiewarmte en de cirkel is rond.

De hoeveelheid warmte-energie dat vrijkomt bij een flinke orkaan is 75-150 exaJoule per dag (exa = 10^18). Dit is ongeveer 50-100x de hoeveelheid die de mensheid per dag gebruikt en gelijk aan 1-2 miljoen Hiroshimabommen.
Het grote verschil tussen tropische cyclonen (zoals orkanen) en andere meteorologische systemen is dat diepe convectie de werkende kracht is. Diepe convectie vinden we terug in een tropisch klimaat en dit is dus de regio waar ze in beginsel kunnen ontstaan. Ter vergelijking: een lagedrukgebied op gematigde breedten ontstaat door een verstoring in de horizontale temperatuurgradiënt.

Een orkaan zal verliezen in kracht als de aanvoer van warme, vochtige lucht afneemt. Dit kan op meerdere manieren. Een goed voorbeeld hiervan is als de orkaan land bereikt. Waar geen vocht is valt er ook niets te verdampen. Ook kan het zijn dat de orkaan zich boven minder warm water gaat begeven. Dit zal een orkaan wat meer geleidelijk afzwakken. Overigens zal een orkaan zelf het water ter plekke ook afkoelen, doordat de sterke wind opwelling van kouder water uit de diepte veroorzaakt. Tot slot kan ook de aanvoer van drogere lucht (door een ander meteorologisch systeem bijvoorbeeld) de orkaan verzwakken.

Daarnaast kan ook een sterke wind op hoogte de warmtemotor voor een orkaan verstoren. De orkaan wordt dan als het ware kapotgetrokken. In het algemeen staat er op gematigde breedten meer wind op hoogte dan op (sub)tropische breedten. Een orkaan wordt in de regel kapotgetrokken door hoogtewinden als hij zich te ver naar het noorden beweegt. Dit mechanisme (en ook de lagere temperatuur van het zeewater) zorgt ervoor dat een orkaan in het Caribische gebied nooit met veel kracht Nederland of de Britse Eilanden kan bereiken.