af Jacob Woge Nielsen, Oceanograf, Danmark Meteorologiske Institut, jw@dmi.dk

[Det følgende har været trykt i magasinet Mercator.]

I mange lavtliggende kystområder er stormfloder et alvorligt problem, der truer menneskeliv, ejendomme og landområder. I dag er risikoen ved stormflod i vores del af verden først og fremmest økonomisk. Vi har kystsikring, beredskab og varsling af stormflod, baseret på den daglige vejrudsigt. I et formodet varmere, fremtidigt klima vil vi skulle tænke mere over, hvordan vi udnytter og sikrer vores kystnære områder.

Coastal plains are under the constant threat of storm surges, endangering lives, land and property. Today, in our part of the world, storm surges are primarily of economical consequence. Coastal protection is well established, and storm surge warnings are issued, based on the daily weather forecast. In a future, presumably warmer climate, protection of the coastal zone will become a matter of increasing concern.

I daglig tale betegner 'stormflod' en oversvømmelse med saltvand som følge af et stormvejr, hvor mennesker, husdyr, marker, bygninger eller andet lider skade. Teknisk set er en stormflod et højvande på kysten over et vist kritisk niveau, forårsaget af kraftig vind. Det kritiske niveau varierer fra sted til sted.

Hvis kysten ikke er beskyttet af diger, bliver alt land der ligger under det nye, højere havniveau, sat under vand. Oversvømmelsen kan strække sig mange kilometer ind i landet, men kystsikring og beredskab skal helst sørge for at det ikke sker. Når først et dige bliver gennembrudt går det stærkt. Vandet vælter ned ad digets bagside, og slider derved diget yderligere i stykker. Udløb fra floder og åer kan blive blokeret, så oversvømmelsen breder sig fra søsiden og landsiden på én gang.

En stormflod kan æde store bidder af kysten. Bølger og strøm eroderer sand og ler væk, og transporterer materialet udad eller langs med kysten. En enkelt kraftig storm kan gnave mere bort, end der fjernes på et helt år under rolige vejrforhold.

På globalt plan oplever Bengalen og Caraibien de alvorligste stormfloder. Her dannes tropiske orkaner (tyfoner eller hurricanes), som med deres ekstremt høje vindstyrke kan øge vandstanden på kysten med 7-8 meter. Floddeltaerne ved Ganges og Mississippi er dårligt beskyttede mod stormfloder. Da Bangladesh blev ramt i 1991 strakte oversvømmelsen sig 150 km ind i landet, og 138.000 mennesker omkom. Af nyere dato kender vi orkanen Katrina, som i 2005 ramte Louisiana i USA, og ødelagde store dele af New Orleans. Dødstallet er her opgjort til cirka 700.

På vores breddegrader har vi ikke tropiske orkaner, men såkaldte vandrende lavtryk. De dannes over den vestlige del af Nordatlanten, på grænsen mellem kold polarluft, og den varmere luft mod syd. Lavtrykkene går østover, og en del af dem passerer hen over Nordsøen og den skandinaviske halvø, som regel under kraftig vind fra vest. Afhængigt af lavtrykkets bane kan vinden dreje over i nord eller øst. En lavtrykspassage kan øge vandstanden med 3-5 meter langs Nordsøens kyster, og op til 3 meter i Østersøen. I de indre danske farvande - Skagerrak, Kattegat og Bælthavet - når vandstanden højst op på 1½-2 meter.

Set under ét kan de danske kyster blive ramt af stormflod ved vindretninger fra sydvest over nord til den østlige del af kompasset. Kun storm fra sydlig retning - som i sig selv forekommer meget sjældent - er uden risiko. Vinden skal mindst være af styrke 9 (stormende kuling, 21-24 m/s) før det bliver kritisk. Det sker i gennemsnit 1-2 gange om året, næsten altid om efteråret og vinteren, fra oktober til februar.

Mere end 9 ud af 10 storme kommer fra vest, sydvest eller nordvest. De vestvendte og nordvendte Nordsøkyster er derfor særligt udsatte for stormflod. Det vil sige den hollandske kyst, Tyske Bugt, Vadehavet og den jyske vestkyst.

På grund af Østersøens halvlukkede karakter - der er kun en begrænset mængde vand til rådighed - er stormfloder her ikke så kraftige som i Nordsøen. Det spiller også en rolle, at mange lavtryk mister pusten når de kommer vestfra ind over Skandinavien. Østersøen virker som et kæmpemæssigt badekar, hvor vandspejlet tipper omkring midterlinjen, Gotland-Baltikum. Vandstanden bliver højest i bassinets ender: de dansk/tyske kyster i vest og Finske Bugt i øst.

En af de største katastrofer i Vadehavets historie var 'den store manddrukning' i 1362. Antallet af dødsofre lå mellem 10-20.000. Gårdene lå på små forhøjninger (værfer) ude i marsken, og eneste flugtvej når vandet steg var at kravle op på tagryggen. Ved denne lejlighed var det bare ikke godt nok - vandstanden blev for høj. Katastrofen prægede området og befolkningens levevilkår i lang tid efter: man opgav at bebo eller udnytte store marskområder i de næste cirka 150 år. Først omkring 1500 kunne man sikre kysten godt nok til at igen at flytte ud i marsken og anvende den til husdyrhold, græsning med videre.

I 1634 kom så 'den anden manddrukning', hvor Tyske Bugt, fra Elbens munding i syd til Ribe i nord, blev ramt af en kraftig vestenstorm. Vandstanden nåede flere steder op over 6 meter, en rekord der står den dag i dag. Der omkom i alt 10-15.000 mennesker.

Stormflodssøjlen ved Ribe Å [1] er cirka 5 meter høj. Ringene på søjlen viser hvor højt vandet stod i Ribe under stormfloderne i 1634 (19 fod), 1825 (16 fod), og længere nede 1909, 1911 og 1904. Under orkanen i december 1999 nåede vandstanden ude ved diget op på niveau med den 2. højeste ring.

Senere stormfloder har været mindre dramatiske, men ikke uden konsekvenser. I 1825 brød havet igennem klitrækkerne på Agger Tange - en såkaldt havrending, hvor vandet strømmede ind i Limfjorden under kraftig erosion. Senere stormfloder i 1800-tallet dannede det nuværende, permanente gennemløb ved Thyborøn Kanal, nord for Harboøre Tange. Vendsyssel blev afskåret fra hovedlandet, og Limfjorden blev åbnet mod vest, så fjordens kyster i dag ligger udsat for stormflod under vestenstorm.

Østersøen fik sin hidtil værste stormflodskatastrofe i 1872, under en periode på 3 døgn med stadigt kraftigere storm fra øst. Kysterne på Lolland- Falster, Nordtyskland og i Sønderjylland blev hårdt ramt. I Åbenrå steg vandstanden med 10 fod (3,3 meter). 270 mennesker omkom og 50 skibe strandede på Sjællands østkyst. Siden da er vandstanden i de indre danske farvande kun en enkelt gang nået op over 2 meter (i Odense Fjord, november 2006). Det viser, hvor usædvanlig 1872-stormfloden var. Statistisk forekommer et sådant højvande 1 gang cirka hver 700 år.

Den værste stormflod i nyere tid ramte Nordsøen i 1953. Visse steder var vandstanden den højeste i 250 år. I Holland, hvor en stor del af befolkningen bor på inddæmmet land under det normale havniveau, var kystsikringen var i en elendig forfatning efter 2. verdenskrig. 50 diger blev gennembrudt, med 1800 dødsofre til følge. I Londons Docklands stod vandet så højt, at bygninger styrtede sammen. Der var 300 dødsofre, og 32.000 mennesker blev evakueret i det sydøstlige England. Efter denne katastrofe begyndte man for alvor at arbejde med metoder til at varsle stormflod, og der blev taget grundigt fat i kystsikringen. I Holland med den såkaldte Delta Plan, et enormt bygningsværk af stormflodsbarrierer, der tog mere end 40 år at fuldføre. I England stod Thames Barrier øst for London klar i 1984. I tilfælde af stormflod lukkes barrieren, så hovedstaden ikke bliver ramt af oversvømmelse.

Den hollandske Delta Plan er et system af flytbare barrierer, der kan lukkes under stormflod. Projektet var færdigt i 1998

Da Hamburg blev ramt i 1962 stod man med det samme problem. Nogle diger kunne ikke holde stand, andre var underdimensioneret. Forstaden Wilhelmsburg blev oversvømmet, og 350 mennesker mistede livet. Nu begyndte tyskerne at forhøje eller forstærke alle deres kystdiger og indførte et stormflodsberedskab - som hollænderne havde gjort det i 1953. Der skal - åbenbart - lig på bordet, før der bliver skredet til handling.

Digebrud i Hamburg under stormfloden i 1962 [2]

1962-stormfloden er den sidste Nordsø-stormflod, der har kostet menneskeliv. Kystsikringen er stærk nok til at beskytte beboede områder, og man har beredskabsplaner for en eventuel evakuering. Det blev der brug for under de to stormfloder, der i 1976 og 1981 ramte de danske vadehavsøer. Første gang stod Tønder by, anden gang Mandø under vand. Havnekajens i Esbjerg niveau er 3 meter, men i 1981 satte vandstanden rekord med 4,3 meter. De materielle skader var omfattende. Rømøs dige og dæmning blev beskadiget, og dele af øen blev oversvømmet. Der blev oprettet varsling, beredskaber og udvidet kystsikring, blandt andet med det fremskudte dige ved Højer Sluse. I dag måler de højeste diger i Vadehavet 7 meter i højden. Det har indtil videre vist sig at være tilstrækkeligt, senest under '100- års stormen' - orkanen der fejede hen over Danmark 3. december 1999. Digerne holdt. Det gør de forhåbentlig også i fremtiden.

Stormflod skyldes den kraftige vind, der følger med et lavtryk; jo dybere lavtryk, jo kraftigere vind. Vinden blæser langs med kurver for konstant tryk (isobarer), mod uret rundt om lavtrykket. Når et lavtryk passerer forbi, oplever man meget store og pludselige skift i vindstyrke og -retning. En storm passerer som regel Danmark på mindre end et døgn.

Vindens træk virker som en gnidningskraft langs med havoverfladen. Det sætter en overfladestrøm - en driftstrøm - i gang, som kan forplante sig ned til 50-100 meters dybde. Transporten af vand hober sig op inde ved kysten, hvor vandstanden derfor stiger.

Vind fra åbent hav ind mod en kyst. Den stiplede linje angiver middelvandstanden. Vandstanden z øges ind mod kysten, indtil der er balance mellem vindens træk og havoverfladens hældning. Stigningen er størst, hvis vanddybden D er lille, fordi der ikke kan dannes en returstrøm væk fra kysten langs bunden - driftstrømmen går helt til bunds. Til højre: i et lukket bassin med længde L 'tipper' havoverfladen. Jo længere bassin, jo mere stiger/falder vandstanden i bassinets ender.

Vejrsystemerne har en udstrækning på cirka 1000 km, og en levetid på nogle få uger. De bevæger sig østover, fra den vestlige del af Nordatlanten, ofte syd om Grønland mod Island, og videre over mod Norge. Undervejs bliver de kraftigt påvirket ved mødet med Vesteuropas landmasser (bjerge) og af temperaturkontrasten mellem land og hav. Den eksakte bane betyder derfor meget for lavtrykkets udvikling og hastighed. Der er tre typiske lavtryksbaner der er kritiske for Nordsø-området [3]:

Lavtryksbaner.

• Skandinavisk: lavtrykket opstår syd for Grønland/Island og passerer ind over Syd/Midtnorge. Denne bane fører til moderat stormflod. Mødet med de norske fjelde fylder lavtrykket op, og mindsker vindhastigheden, så situationen ikke udvikler sig så farligt.
• Skagerrak-type: et sekundært lavtryk forstærkes og bevæger sig syd om Norge. Stormfloden i 1953 fulgte denne bane. Når lavtrykket undgår Norges sydspids, kan det bevare meget stor vindhastighed lige indtil det 'går i land'. Den ramte kyststrækning afhænger af landgangspunktet. Det er især kysten syd for lavtryksbanen, der må holde for.
• Jyllands-type: lavtrykket bevæger sig hurtigt stik øst fra de britiske øer, over Nordsøen til Jylland. Igen er der tale om en meget farlig situation, hvor især den danske del af Vadehavet bliver ramt. Orkanen i 1999, som gik i land ved Thyborøn, var af denne type.

Det er som regel vinden lige nu og her, der har størst betydning for vandstanden under en stormflod. Men andre forhold spiller også ind.

• tidevand: de skiftende høj- og lavvande ankommer med godt 6 timers mellemrum. Dette bidrag lægges til stormfloden. I Vadehavet giver det en forskel på op til et par meter, om stormen kulminerer ved høj- eller lavvande. Forskellen er højst ½ meter i de indre danske farvande, og i Østersøen er der næsten intet tidevand.
• fyldningsgrad: Østersøen er et halvlukket bassin, der kan være mere eller mindre fyldt op med vand. Middelvandstanden i Østersøen varierer med cirka ±1 meter, og det har betydning for hvor voldsom en stormflod bliver. Fyldningsgraden er bestemt af, hvor meget vind fra vest vi har haft i løbet af de forudgående 5-7 dage.
• seiches: Østersøen kan udføre frie svingninger, de såkaldte seiches. Har man for eksempel højvande i øst og lavvande i vest, vil havoverfladen af sig selv vippe tilbage, så man får højvande i vest og lavvande i øst. Perioden for disse tilbageskvulp er cirka 27 timer.
• forstoppelse: Bælthavets snævre passager sætter en grænse for, hvor hurtigt vand kan transporteres ud af eller ind til Østersøen. Under storm fra nord over en bred front, fra Kattegat til den centrale Østersø, forsøger vinden at transportere vand ind og ud på samme tid. Det kan ikke lade sig gøre, og resultatet bliver 'stille stormflod' i Bælthavet, hvor vandstanden stiger selv under rolige lokale vindforhold.

Til at varsle stormflod bruger man en numerisk hydrodynamisk havmodel: en computermodel der regner ud hvordan vandmasserne flytter sig. Modellen kobles på den daglige vejrudsigt, så den daglige produktion af vandstandsprognoser ligger ofte ved et meteorologisk institut. Læg dertil rutinemæssig formidling af 'havudsigten' til kyst-beredskabet, og varsling af stormflod til offentligheden, så har vi et stormflodsvarslingssystem. Vejr- og havprognose opdateres flere gange om dagen, og forbindelsen til kontaktpunkter (havnevæsen, kystmyndigheder, politi med videre) tjekkes regelmæssigt. Så er man sikker på at det hele fungerer, den dag vi står i en krisesituation.

Havstrømmene drives af vind, lufttryk og tidevand. Tidevandet kan man beregne ret nøjagtigt mange år frem i tiden. Vejrudsigten er derimod kun pålidelig nogle få dage frem, og udgør den største fejlkilde i stormflodsvarslingen. Hvis vindprognosen er god, får man som regel også en god vandstandsprognose.

Beregnet vandstand for Nordsøen-Østersøen, foretaget med Danmarks Meteorologiske Instituts stormflodsmodel [4]. Man skal regne på hele dette område for at få en god stormflodsvarsling langs de danske kyster. På denne rolige dag er vandstanden i Nordsøen kendetegnet ved de skiftende høj- og lavvande forårsaget af tidevandet. Vandstanden i Østersøen er lettere forhøjet, cirka ½ meter over middel.

Output fra havmodellen er kort over vandstand for de kommende dage, for eksempel for hver time. I de enkelte havne beregnes vandstanden for hver 5 eller 10 minutter. Derudfra kan vi varsle: den højeste vandstand under en storm, tidspunktet hvor vandstanden når over kritisk niveau, og hvornår vandstanden igen kommer ned under dette niveau.

Maksimal og kritisk vandstand. Det kritiske niveau kan for eksempel være højden af et dige eller koten for en havnekaj. Vandstanden er over kritisk niveau i tidsrummet t1 til t2.

Modellen regner på hvordan havet optager energi fra vinden, og mister den igen ved gnidning mod havbunden. Hvor effektiv energiomsætningen skal være, finder man frem til ved at genberegne 8-10 storme og skrue på koblingen til vind og bund, indtil den maksimale vandstand beregnes præcist nok for hver enkelt lokalitet.

En 2-dimensionel havmodel har kun et enkelt lag. Denne enkle modeltype, som Danmarks Meteorologiske Institut har anvendt siden midten af 1980'erne, har vist sig at kunne beregne vandstand ret godt. I de senere år er det blevet mere almindeligt at anvende en 3-dimensionel havmodel til stormflodsvarsling. Havstrømmen kortlægges som funktion af dybden, så man får et bedre billede af havets tilstand. Det giver bedre prognoser i områder med lagdelt strømning, og når store dele af havet er dækket af is.

Jordens klima kan beskrives med ét tal: den globale middeltemperatur. Når temperaturen stiger, følger vandstanden med. Det sker især fordi der smelter vand af de polare, landbaserede iskapper, men også fordi vand udvider sig når det varmes op. Hvis de polare iskapper smeltede fuldstændigt, ville havet stige med 80 meter overalt på kloden. Tilsvarende, under den sidste istid, lå havniveauet mere end 100 meter lavere end i dag. Så forholdsvis små klimavariationer kan ændre middelvandstanden nok til at vi kan mærke det.

Jordens middeltemperatur er steget med cirka 1ºC i løbet af de sidste 150 år. Prognoser for fremtidens klima siger at denne tendens vil fortsætte. Det diskuteres endnu, om opvarmningen er naturlig, eller om den skyldes brug af fossile brændstoffer. Under alle omstændigheder ser det ud til, at vi i de næste 100 år må indstille os på et gradvist varmere klima, og dermed højere middelvandstand. International Panel for Climate Change (IPCC) forventer at havet vil stige med 0,2-0,6 meter frem til år 2100 som følge af global opvarmning [5].

Når kloden bliver varmere, ændres den atmosfæriske cirkulation. Klima- simuleringer foretaget ved Danmarks Meteorologiske Institut under STOWASUS- 2100 projektet [6] viser, at de nordatlantiske storme bliver kraftigere og hyppigere, og rykker nærmere på Vesteuropa . Vi får mere og kraftigere vind fra vest. Stormfloder langs den jyske vestkyst bliver mere almindelige, og når vi får stormflod vil havet nå højere op end tilfældet er i dag. Den ekstra vestenvind vil hæve middelvandstanden i de indre danske farvande og Østersøen. Så østenstorme bliver sjældnere, men potentielt mere farlige.

Man beregner det niveau der statistisk set overskrides én gang i løbet af et givet antal år. Ændringen i stormenes hyppighed og styrke vil øge 50-års niveauet med cirka 25 cm langs den danske Nordsøkyst. Det skal så lægges til den globale stigning i havniveau. Hvis vi i fremtiden vil have den samme beskyttelse må digerne forhøjes, for at kompensere for den samlede effekt af klimatisk vandstandsstigning og øget stormaktivitet. Et dige, hvis krone (toppen af diget) i dag er dimensioneret til at blive overskyllet én gang hver 200 år, bliver i fremtiden måske kun til et '50- års dige'. Det koster millioner af kroner at forhøje et dige, og der går enorme mængder af jord til. Så de beregninger og scenarier der er beskrevet ovenfor har direkte økonomiske konsekvenser for samfundet. I den sidste ende er det er et politisk og økonomisk valg, hvor man må afveje omkostningerne mod den forøgede risiko og værdien af det bagvedliggende landområde.

1) Ribe Turistbureau.

2) Hamburger Abendblatt, 1962: Das war die grosse Flut.

3) Seifert et al.: Storm Surges. WMO/TD-No779, 1996.

4) http://ocean.dmi.dk/anim/

5) Fourth Assessment Report. IPCC, 2007.

6) Kaas et. al: Synthesis of the STOWASUS-2100 project. Danmarks Klimacenter, rap. no. 01/3.