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高潮とは、熱帯低気圧などの低気圧性気象システムに伴って発生する、沿岸部の洪水や津波に似た水位上昇現象のことです。あるいは、暴風洪水、高潮、または高潮とも呼ばれます。これは、通常の潮位からの水位上昇として測定され、波は含まれません。[ 1 ]
高潮を引き起こす主な気象要因は、高速の風が長い距離にわたって海水を海岸に向かって押し上げることである。[ 2 ]高潮の深刻さに影響を与えるその他の要因には、嵐の進路にある水域の浅さと向き、潮汐のタイミング、嵐による気圧の低下などがある。
気候変動により異常気象が激化し、海面が上昇するにつれて、高潮は沿岸住民にとってより大きなリスクをもたらすと予想されます。[ 3 ]地域社会や政府は、洪水防止壁などのハードインフラ、海岸砂丘やマングローブなどのソフトインフラを構築し、沿岸建設の慣行を改善し、早期警報、教育、避難計画などの社会戦略を構築することで適応することができます。[ 3 ]
嵐の際に潮位が変化する原因としては、少なくとも5つのプロセスが関与している可能性がある。[ 4 ]
風応力は、風下側の海岸で水位が上昇し、風上側の海岸で水位が低下する傾向である「風セットアップ」と呼ばれる現象を引き起こします。直感的には、これは嵐が風の方向に水を盆地の一方の側に吹き付けることによって発生します。強い表面風は、エクマン螺旋として知られる効果によって、風向に対して45°の角度で表面流を引き起こします。エクマン螺旋効果は水中を垂直方向に広がるため、その効果は深さに比例します。高潮は天文潮と同じように湾に押し寄せます。[ 4 ]
熱帯低気圧の気圧の影響により、外洋の水位は気圧の低い地域では上昇し、気圧の高い地域では低下します。水位の上昇は気圧の低下を相殺し、水面下のどこかの平面における全圧は一定に保たれます。この効果は、気圧が1ミリバール（hPa）低下するごとに海面が10 mm（0.39インチ）上昇すると推定されています。[ 4 ]例えば、気圧が100ミリバール低下する大型の嵐では、気圧の影響により水位が1.0 m（3.3フィート）上昇すると予想されます。
地球の自転はコリオリ効果を引き起こし、北半球では海流を右に、南半球では左に曲げます。この曲がりによって海流が海岸線に垂直に近づくと、高潮が増幅される可能性があり、海流が海岸線から離れる方向に曲がると、高潮が軽減される効果があります。[ 4 ]
波の影響は、風によって直接的に引き起こされるものの、嵐の風によって引き起こされる海流とは異なります。強い風は、その進行方向に大きく強い波を巻き起こします。[ 4 ]これらの表面波は、外洋では水の輸送にほとんど関与しませんが、海岸付近ではかなりの輸送に関与する可能性があります。波が海岸線とほぼ平行な線で砕けると、かなりの量の水を海岸に向かって運びます。砕けるとき、海岸に向かって移動する水はかなりの運動量を持っており、傾斜した海岸を平均水位線より高い高さまで駆け上がることがあり、砕ける前の波の高さの2倍を超えることもあります。[ 5 ]
降雨の影響は主に河口域で顕著に現れる。ハリケーンは広範囲にわたって24時間で最大300mm （12インチ）の降雨をもたらし、局地的に降雨密度が高くなることがある。その結果、地表流出水が急速に小川や河川を氾濫させる可能性がある。これにより、嵐によって海から押し寄せる水が河口域に流れ込む雨水とぶつかり、潮汐河口域の上流付近の水位が上昇する可能性がある。[ 4 ]
上記のプロセスに加えて、海岸における高潮と波の高さは、海底や沿岸域の形状と深さといった、海底地形上の水の流れにも影響されます。海岸線に近い場所に深い水域がある狭い棚では、高潮は低くなりますが、波は高く強力になる傾向があります。水深が浅い広い棚では、波は比較的小さくなりますが、高潮は高くなる傾向があります。[ 6 ]
例えば、フロリダ州南東海岸のパームビーチでは、水深は海岸から3 km (1.9マイル)沖合で91メートル (299フィート) 、7 km (4.3マイル) 沖合で180メートル (590フィート)に達します。ここは比較的急勾配で水深も深く、高潮はそれほど大きくありませんが、波はフロリダ州西海岸に比べて大きくなります。[ 7 ]一方、フロリダ州のメキシコ湾側では、フロリダ高原の端は海岸から160キロメートル (99マイル)以上沖合に位置することがあります。フロリダキーズと本土の間にあるフロリダ湾は、水深が0.3メートル (0.98フィート)から2メートル (6.6フィート)と非常に浅くなっています。[ 8 ]これらの浅い地域では、波は小さいものの、高潮が大きくなります。その他の浅い地域には、メキシコ湾沿岸の大部分とベンガル湾が含まれます。
その違いは、高潮がどれだけの流域に拡散できるかによるものです。水深が深いほど流域が広くなり、高潮はハリケーンから離れて下流に拡散します。浅く緩やかな傾斜の棚では、高潮が拡散する余地が少なくなり、ハリケーンの風の力によって陸地に押し寄せます。[ 6 ]
地表面の地形も、高潮の範囲を左右する重要な要素です。海抜数メートル以下の地域は、高潮による浸水の危険に特にさらされています。[ 4 ]
嵐の規模も高潮の高さに影響します。これは、嵐の面積が周囲長に比例しないためです。嵐の直径が2倍になると、周囲長も2倍になりますが、面積は4倍になります。高潮が拡散する周囲長が比例して少なくなるため、結果として高潮の高さが高くなります。[ 9 ]
熱帯低気圧と同様に、温帯低気圧も沖合の水位上昇を引き起こします。しかし、ほとんどの熱帯低気圧による高潮とは異なり、温帯低気圧は、そのシステムによっては、広範囲にわたってより長い期間にわたって水位を上昇させる可能性があります。[ 10 ]
北米では、温帯低気圧による高潮は太平洋岸とアラスカ沿岸、および北緯31度以北の大西洋沿岸で発生する可能性があります。海氷のある沿岸では、「氷津波」が発生し、内陸部に大きな被害をもたらす可能性があります。 [ 11 ]温帯低気圧による高潮は、 1993年の「世紀の嵐」のように温帯低気圧が沿岸に影響を与える冬季に、メキシコ湾岸のさらに南でも発生する可能性があります。[ 12 ]
2009年11月9日から13日にかけて、ハリケーン・アイダの残骸が米国南東海岸沖で北東風に発達し、米国東海岸で大規模な温帯低気圧による高潮が発生しました。この間、低気圧の中心の北縁に沿って数日間東風が吹き、チェサピーク湾などの場所に水が押し寄せました。沿岸からの風と湾に流れ込む淡水の雨によって河口域に水が継続的に蓄積されたため、チェサピーク湾の多くの場所で水位が大幅に上昇し、数日間、平年より最大2.4メートル（8フィート）高い状態が続きました。多くの場所で、水位は記録にわずか3センチメートル（0.1フィート）及ばなかっただけでした。[ 13 ]
高潮は、沿岸の潮位観測所で、予測潮位と観測された水位上昇の差として直接測定できます。[ 14 ]高潮を測定するもう1つの方法は、接近する熱帯低気圧の直前の海岸線に沿って圧力変換器を配置することです。これは、2005年のハリケーン・リタで初めてテストされました。 [ 15 ]これらのタイプのセンサーは、水没する場所に設置でき、センサーより上の水の高さを正確に測定できます。[ 16 ]
サイクロンによる高潮が引いた後、測量チームは陸上の高水位痕跡(HWM) を、写真や痕跡の記述を含む厳密かつ詳細なプロセスで地図に記録します。HWM は、暴風雨による洪水の位置と高さを示します。HWM を分析する際に、水位のさまざまな要素を分解して高潮に起因する部分を特定できる場合、その痕跡は暴風雨による高潮として分類されます。そうでない場合は、高潮による高潮として分類されます。陸上の HWM は、垂直基準(基準座標系) を参照します。評価中、HWM は痕跡の信頼性に基づいて 4 つのカテゴリに分けられます。米国では、国立ハリケーンセンターが暴風雨後の高潮分析に使用するのは、「優良」と評価された HWM のみです。[ 17 ]
暴風潮と高潮の測定には、2つの異なる測定方法が使用されます。暴風潮は、測地垂直基準面（NGVD 29またはNAVD 88）を使用して測定されます。高潮は、潮汐によって引き起こされる通常の動きによって予想される水位上昇として定義されるため、高潮は潮汐予測を使用して測定されます。ただし、潮汐予測はよく知られており、高潮の影響を受ける地域ではゆっくりとしか変化しないという前提に基づいています。潮汐は局所的な現象であるため、高潮は近くの潮汐観測所との関係でのみ測定できます。観測所の潮汐基準情報は、測地垂直基準面からその場所の平均海面（MSL）への変換を提供し、次に潮汐予測を差し引くと、通常の水位からの高潮の高さが得られます。[ 14 ] [ 17 ]
米国国立ハリケーンセンターは、ハリケーンによる海、湖、および陸上の高潮の略称であるSLOSHモデルを使用して高潮を予測します。このモデルの精度は20パーセント以内です。[ 18 ] SLOSHの入力には、熱帯低気圧の中心気圧、嵐の規模、サイクロンの前進運動、進路、および最大持続風速が含まれます。局地的な地形、湾と川の向き、海底の深さ、天文潮汐、およびその他の物理的特徴は、SLOSH盆地と呼ばれる事前定義されたグリッドで考慮されます。重複するSLOSH盆地は、米国本土の南部と東部の海岸線用に定義されています。[ 19 ]一部の嵐のシミュレーションでは、複数のSLOSH盆地が使用されます。例えば、ハリケーン・カトリーナのSLOSHモデルでは、メキシコ湾北部への上陸地点として、ポンチャートレイン湖／ニューオーリンズ流域とミシシッピ湾流域の両方が使用されました。モデル実行の最終出力には、各地点で発生した最大水域（MEOW）が表示されます。
進路や予測の不確実性を考慮するため、通常はさまざまな入力パラメータを使用して複数のモデル実行を行い、MOM（最大最大値）マップを作成します。[ 20 ]ハリケーン避難調査では、その地域の代表的な進路を持ち、強度、目の直径、速度が異なる一連の嵐をモデル化して、あらゆる熱帯低気圧発生時の最悪の水位を生成します。これらの調査の結果は通常、数千回のSLOSH実行から生成されます。これらの調査は、米国陸軍工兵隊が連邦緊急事態管理庁（FEMA）との契約に基づき、いくつかの州向けに完了しており、ハリケーン避難調査（HES）ウェブサイトで入手できます。[ 21 ]これらには、郡の各地域で洪水を引き起こすハリケーンの最小カテゴリーを識別するために色分けされた沿岸郡の地図が含まれています。[ 22 ]
暴風雨による高潮は、サイクロンの一部として、甚大な物的損害と人命損失の原因となっている。[ 23 ]高潮は、道路などの構築されたインフラを破壊するだけでなく、基礎や建物の構造を弱体化させる。[ 1 ]
河口や沿岸地域での予期せぬ洪水は、住民が準備できていない状況に陥り、人命の損失につながる可能性がある。記録上最も死者を出した高潮は、1970年のボーラサイクロンである。[ 24 ]
さらに、高潮は他のプロセスを通じて人間が利用している土地に被害を与えたり、変化させたり、土壌の肥沃度を損なったり、塩水の侵入を増加させたり、野生生物の生息地を損なったり、人間の貯蔵庫から化学物質やその他の汚染物質を拡散させたりする可能性があります。[ 1 ]
気象調査ではハリケーンや激しい嵐について警告が出されますが、沿岸洪水のリスクが特に高い地域では、高潮に関する特別な警報が出されます。例えば、オランダ[ 25 ] 、 スペイン[ 26 ] [ 27 ] 、アメリカ合衆国[ 28 ] [ 29 ]、イギリス[ 30 ]などで実施されています。同様に、沿岸地域の住民を教育し、地域の避難計画を策定することで、人々への相対的な影響を軽減することができます[ 31 ] 。
1953年の北海洪水後に導入された予防策は、ダムや高潮防護壁（洪水防護壁）の建設である。[ 32 ]これらは開放されており、自由に通行できるが、高潮の脅威にさらされると閉じる。主な高潮防護壁としては、デルタ計画の一部であるオランダのオーステルスヘルデケリングとマースラントケリング、ロンドンを守るテムズバリア、ロシアのサンクトペテルブルクダムなどがある。
もう一つの現代的な開発（オランダで使用されている）は、垂直の支柱で固定された浮体構造物を備えた住宅コミュニティを湿地の端に作ることです。[ 33 ]このような湿地は、堤防が大規模な高潮の侵入を防ぐ限り、構造物に損傷を与えることなく、やや高い低地の従来の構造物を保護すると同時に、流出水や高潮を収容するために使用できます。
その他のソフトな適応方法としては、洪水の直接的な影響を避けるために構造物を高く変更すること[ 34 ]、またはマングローブや砂丘などの自然の保護を強化すること[ 35 ]などが挙げられる。
本土地域では、嵐が陸地から接近するよりも、海から陸地に襲いかかる方が、高潮の脅威は大きくなります。[ 36 ]
また、高潮の前に海岸から水が吸い上げられることもあります。これは、2017年にハリケーン・イルマが上陸する直前のフロリダ西海岸で起こった現象で、通常は水没している土地が露出しました。[ 37 ]この現象は逆高潮[ 38 ]または負の高潮[ 39 ]として知られています。
記録上最も死者を出した高潮は、1970年のボーラサイクロンで、ベンガル湾周辺で最大50万人が死亡しました。ベンガル湾の低地沿岸は、熱帯低気圧による高潮に対して特に脆弱です。[ 40 ] 21世紀で最も死者を出した高潮は、2008年5月にミャンマーで13万8000人以上が死亡したサイクロン・ナルギスによるものでした。今世紀で次に死者を出した高潮は、 2013年にフィリピン中部で6000人以上が死亡した台風ハイエン（ヨランダ）によるものでした。 [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]また、140億ドル（USD）の経済損失をもたらしました。[ 44 ]
1900年のガルベストンハリケーンは、テキサス州ガルベストンを襲ったカテゴリー4のハリケーンで、壊滅的な高潮を海岸に押し寄せ、6,000人から12,000人が死亡し、米国史上最悪の自然災害となった。 [ 45 ]
歴史上の記録に残る最高潮位は、1899年のサイクロン・マヒナによって引き起こされたもので、オーストラリアのバサースト湾では約13.41メートル（44フィート）と推定されているが、2000年に発表された研究では、その大部分は急峻な海岸地形による波の打ち上げによるものだと結論付けられている。[ 46 ]しかし、この高潮の多くはマヒナの極端な強さによるものと考えられ、コンピューターモデルでは、記録された高潮を発生させるには880ミリバール（26インチHg）（嵐による最低記録気圧と同じ強さ）の強度が必要だった。[ 47 ]米国では、記録に残る最大の高潮の 1 つは、 2005 年 8 月 29 日にハリケーン カトリーナによって発生し、ミシシッピ州南部で最大8.53 メートル (28フィート)を超える高潮が発生し、パス クリスチャンでは高潮の高さが8.47 メートル (27.8フィート)に達しました。[ 48 ] [ 49 ]同じ地域では、1969 年のハリケーン カミーユによっても別の記録的な高潮が発生し、パス クリスチャンで7.50 メートル (24.6フィート)の高潮が発生しました。[ 50 ] 2012 年 10 月にハリケーン サンディが発生したとき、ニューヨーク市で4.27 メートル (14フィート)の高潮が発生しました。 [ 51 ]