Εξέταση πλημμυρών από όλες τις κατευθύνσεις κατά τη διάρκεια των τυφώνων


Όταν έρχεται νερό από όλες τις πλευρές

Το 2017, ο τυφώνας Χάρβεϊ προκάλεσε πλημμύρες σε εσωτερικές και παράκτιες περιοχές μέσα και γύρω από το Χιούστον του Τέξας, όπως φαίνεται εδώ. Οι ακραίες βροχοπτώσεις και μια μέτρια, αλλά μακροχρόνια, καταιγίδα προκάλεσαν μια σύνθετη πλημμύρα που πλημμύρισε μεγάλα τμήματα της πόλης. Πίστωση: NOAA Remote Sensing Division

Όταν χτύπησαν οι τυφώνες Χάρβεϊ (2017) και Φλωρεντία (2018), δεν ήταν μόνο το κύμα καταιγίδας από τον Κόλπο του Μεξικού και τον Ατλαντικό Ωκεανό που οδήγησε σε πλημμύρες. Οι πηγές της ενδοχώρας, όπως τα φουσκωμένα από τη βροχή ποτάμια, οι λίμνες και οι προαστικοί οχετοί συνέβαλαν επίσης σημαντικά. Αυτοί οι παράγοντες αγνοήθηκαν από πολλά μοντέλα υπολογιστών εκείνη την εποχή, γεγονός που υποτίμησε τον κίνδυνο πλημμύρας.


«Οι άνθρωποι δεν ενδιαφέρονται τόσο πολύ για το αν οι πλημμύρες προέρχονται από το ποτάμι ή τον ωκεανό, ειδικά όταν και τα δύο συμβάλλουν , όπως θέλουν να μάθουν, «Θα πλημμυρίσει το σπίτι μου;» είπε ο Έντουαρντ Μάγιερς, επικεφαλής του κλάδου του Παράκτιου Θαλάσσιου Μοντελισμού, που βρίσκεται στο Εργαστήριο Ανάπτυξης Έρευνας Ακτών στην Εθνική Ωκεανογραφική και Ατμοσφαιρική Διοίκηση (NOAA).

Ο Myers και οι συνάδελφοί του στο NOAA συνεργάζονται με τον Y. Joseph Zhang από το Ινστιτούτο Θαλάσσιας Επιστήμης της Βιρτζίνια (VIMS) στο William & Mary για να αναπτύξουν και να δοκιμάσουν το πρώτο τρισδιάστατο επιχειρησιακό μοντέλο.

«Ξεκινήσαμε με τη σωστή στάση και τον σωστό βασικό αλγόριθμο», αστειεύτηκε ο Zhang, καθηγητής ερευνητής στο Κέντρο Διαχείρισης Παράκτιων Πόρων. “Με τα χρόνια, έχουμε ανασχεδιάσει τον δυναμικό πυρήνα πολλές φορές και αυτό οδήγησε στο τρέχον σύστημα μοντελοποίησης.”

Τώρα στην τρίτη του ενσάρκωση, το Ημι-σιωπηρό Ολοκληρωμένο Σύστημα Υδροεπιστήμης σε κλίμακα (SCHISM) προβλέπει παράκτιες πλημμύρες στην Ταϊβάν, σε φορείς σε όλη την Ευρωπαϊκή Ένωση και αλλού. Εξετάζεται για επιχειρησιακή χρήση από το NOAA. (Οι ερευνητές περιέγραψαν το σύστημα στο τεύχος Νοεμβρίου 2021 του EOS, του επιστημονικού ειδησεογραφικού περιοδικού της Αμερικανικής Γεωφυσικής Ένωσης.)

Το SCHISM έχει σχεδιαστεί για να εξυπηρετεί τις ανάγκες ενός ευρέος φάσματος πιθανών χρηστών. «Η έκρηξη και οι πλημμύρες είναι ένας παγκόσμιος κίνδυνος», είπε ο Zhang. “Είναι διαβόητη πρόκληση, ειδικά στη μεταβατική ζώνη όπου ο ποταμός συναντά τη θάλασσα. Πολλοί παράγοντες μπαίνουν στο παιχνίδι και αλληλεπιδρούν μη γραμμικά.”

Γύρω από τον υδροδυναμικό πυρήνα του SCHISM υπάρχουν πολυάριθμες ενότητες που προσομοιώνουν άλλα φαινόμενα σημαντικά για τις πλημμύρες. Αυτά περιλαμβάνουν την ανταλλαγή αέρα-θάλασσας, τη βλάστηση και τα ιζήματα. Άλλες μονάδες προσαρμόζουν το σύστημα για συγκεκριμένα συμβάντα, όπως πετρελαιοκηλίδες ή για την πρόβλεψη συνθηκών, όπως η ποιότητα του νερού.

Σε αντίθεση με άλλα μοντέλα συνδυασμένων πλημμυρών εσωτερικής-παράκτιας, το SCHISM ενσωματώνει στις προβλέψεις του χαρακτηριστικά πολύ λεπτής κλίμακας, όπως κατασκευασμένες κατασκευές, οχετούς και στενές πύλες.

Όταν έρχεται νερό από όλες τις πλευρές

Δύο διαφορετικά μέσα αξιολόγησης της μη γραμμικής επιρροής διαφορετικών επιδράσεων (από τον ωκεανό και την ατμόσφαιρα, τα ποτάμια και τη βροχόπτωση) στις σύνθετες πλημμύρες παρουσιάζονται εδώ. (α) Σύνθετοι παράγοντες πλημμύρας στην περιοχή του Χιούστον κατά τη διάρκεια του τυφώνα Χάρβεϊ. (β) Οι μεμονωμένοι οδηγοί πλημμύρας ήταν κυρίως υπεύθυνοι για τη συντριπτική πλειοψηφία των πλημμυρών σε ορισμένες περιοχές (μπλε, κίτρινο, κόκκινο) κατά μήκος των ακτών των Καρολίνας κατά τη διάρκεια του τυφώνα Florence. Πίστωση: Wei Huang; βασικοί χάρτες στα (α) και (β): Χάρτες Google

“Βλέπουμε το μοντέλο SCHISM ως υποψήφιο για αυτό που θέλουμε να κάνουμε από την άποψη της σύνδεσης μοντέλων”, είπε ο Myers. “Χειρίζεται πολύ καλά τις πολύ λεπτές κλίμακες και μπορούμε να το τρέξουμε αποτελεσματικά. Φυσικά, εξακολουθεί να απαιτεί υπολογιστές υψηλών επιδόσεων, γι’ αυτό και το Texas Advanced Computing Center [TACC] ήταν καθοριστικής σημασίας».

Ο Zhang ξεκίνησε να χρησιμοποιεί συστήματα TACC το 2010. “Από τότε, οι πόροι και οι εγκαταστάσεις HPC του TACC έχουν βελτιωθεί σημαντικά. Το μέγεθος του προβλήματος που μπορούμε να αντιμετωπίσουμε έχει βελτιωθεί δραματικά. Έχουμε φτάσει σε αχαρτογράφητη περιοχή”, είπε ο Zhang. “Η TACC ξεπερνά συνεχώς τα όρια.”

Επαλήθευση του μοντέλου

Για να επιβεβαιώσει την ακρίβεια του SCHISM, ο Zhang έχει επικεντρωθεί στα οπισθοδρομικά μηνύματα – έναν τρόπο δοκιμής ενός μαθηματικού μοντέλου εισάγοντας εκτιμήσεις από προηγούμενα γεγονότα και βλέποντας πόσο καλά ταιριάζει η έξοδος του μοντέλου με τα γνωστά αποτελέσματα.

Γράφοντας μέσα Φυσικοί Κίνδυνοι και Επιστήμες Συστημάτων Γης τον Ιούνιο του 2021, οι Zhang, Myers και οι συνεργάτες τους περιέγραψαν μια μελέτη για τις πλημμύρες κατά τη διάρκεια του τυφώνα Florence που επηρέασε μια μεγάλη περιοχή της Βόρειας Καρολίνας τον Σεπτέμβριο του 2018. Η μελέτη διαπίστωσε ότι τα νησιά φραγμού έπαιξαν σημαντικό ρόλο στις υπερτάσεις των σύνθετων συστατικών.

«Τα νησιά φραγμού μπορούν με κάποιο τρόπο να ενισχύσουν ή να μειώσουν το κύμα, ανάλογα με την κατεύθυνση από την οποία προέρχεται το κύμα», είπε ο Zhang. Διαπίστωσαν επίσης ότι τα φαινόμενα των κυμάτων είναι σημαντικά κοντά στα νησιά φραγμού και έχουν συμβάλει σε ορισμένες παρατηρούμενες υπερβάσεις και παραβιάσεις.

Εφαρμόζοντας καθέναν από τους τρεις κύριους αναγκαστικούς παράγοντες—ωκεάνιο, ποτάμιο (από ποτάμια) και πλουβιακό (από επιφανειακές πλημμύρες)—χωριστά, μπόρεσαν να δημιουργήσουν έναν «χάρτη κυριαρχίας» που δείχνει ποιοι παράγοντες είναι πιο σημαντικοί για μια συγκεκριμένη τοποθεσία. Ο χάρτης κατέδειξε σαφώς σημαντικές επιδράσεις των ενώσεων στις περισσότερες από τις πληγείσες παράκτιες λεκάνες απορροής, εκβολές ποταμών και κολπίσκους πίσω από .

Η ικανότητα του μοντέλου να επιλύει χαρακτηριστικά μικρής κλίμακας σε ορισμένες περιοχές λεκάνης απορροής αποδείχθηκε κρίσιμη για την αποτύπωση των παρατηρούμενων σημαδιών υψηλής στάθμης τοπικά.

Όταν έρχεται νερό από όλες τις πλευρές

Αποτελέσματα τρισδιάστατου μοντέλου από κολπίσκο σε ωκεανό, συμπεριλαμβανομένης της ροής ροής NWM και της βροχόπτωσης για την πρόβλεψη του αντίκτυπου του τυφώνα Irene (2011) με μεγέθυνση στο Trenton, περιοχή NJ. Α) Τομέας μοντέλου. Οι κύκλοι δείχνουν το κομμάτι του Hurricane Irene (2011). Β) Πλέγμα υψηλής ανάλυσης στην περιοχή του κόλπου του Ντέλαγουερ. Γ) Συνολική στάθμη νερού πάνω από το έδαφος. Δ) Πρόσθετη πλημμύρα (μέχρι 2 m) λόγω σύνθετων πλημμυρών εσωτερικού-παράκτιου και γλυκού νερού. Credit: Moghimi, Myers, Pe’eri, Zhang και Ye

Πρόβλεψη πλημμυρών σε πραγματικό χρόνο

Η ομάδα NOAA και VIMS ξεκίνησαν την αλληλεπίδρασή τους με το TACC αφού ο επικεφαλής της ομάδας NOAA Storm Surge Modeling Team Saeed Moghimi συνδέθηκε με άτομα από το DesignSafe, ένα πρόγραμμα NSF για φυσικούς κινδύνους, που βασίζεται σε προηγμένες υπολογιστικές δυνατότητες στο TACC. Το κέντρο αρχικά παρείχε μια μικρή κατανομή για την ανάπτυξη και τη δοκιμή του πρώτου πρωτότυπου SCHISM σε συστήματα TACC.

Αυτή η σχέση άνθισε γρήγορα. Από τον Απρίλιο του 2021, η NOAA εκτελεί καθημερινά μοντέλα σύνθετων πλημμυρών 2-D και 3-D για τις ανατολικές ακτές και τις ακτές του Κόλπου στο Frontera, τον ταχύτερο ακαδημαϊκό υπερυπολογιστή στον κόσμο και τον 13ο ταχύτερο συνολικά.

Οι πρώτες ενδείξεις υποδηλώνουν ότι το Σύστημα Επιχειρησιακής Καθοδήγησης Πλημμυρών Εσωτερικών-Πλημμυρών λειτουργεί καλά. Κατά τη διάρκεια της τροπικής καταιγίδας Claudette (Ιούνιος 2021), οι ερευνητές συνέκριναν τα αποτελέσματα της στάθμης του νερού μεταξύ του τρισδιάστατου μοντέλου επιχειρησιακής υπέρτασης καταιγίδας και του τρέχοντος μοντέλου της NOAA.

«Ήμασταν πολύ ευχαριστημένοι με τα αποτελέσματα», είπε ο Zhang. «Επιβεβαίωσαν με παρατηρήσεις πλημμύρας στο Shoreline Park του Μισισιπή και στο Slidell της Λουιζιάνα και οι προβλέψεις έγιναν όλες σε πραγματικό χρόνο».

Ο Myers συμφώνησε. «Είμαστε πραγματικά εντυπωσιασμένοι με την απόδοση του μοντέλου όσον αφορά την ακρίβεια, την υπολογιστική του απόδοση και την ευρωστία του. σε λειτουργία, πρέπει να είναι πολύ αξιόπιστο. Το ΣΧΙΣΜΑ έχει αποδειχθεί εξαιρετικά εύρωστο».

«Το να κάνουμε αυτό το τεστ για έναν ολόκληρο χρόνο για να βεβαιωθούμε ότι όλα πάνε καλά είναι εξαιρετικά σημαντικό», είπε ο Μογκίμι. «Ακόμη και αν βάλουμε αυτήν την έκδοση του συστήματος στην παραγωγή, η ύπαρξη μιας σκιώδης εφαρμογής αυτού που έχουμε στη NOAA θα ήταν εξαιρετικά πολύτιμη και θα παρείχε μια ευκαιρία για ευέλικτη αναβάθμιση του στο μέλλον.”


Τα ποτάμια διαδραματίζουν βασικό ρόλο στις καταστροφικές παράκτιες πλημμύρες, δείχνει νέα έρευνα


Περισσότερες πληροφορίες:
Fei Ye et al, Μια διασταυρούμενη μελέτη για διεργασίες σύνθετων πλημμυρών κατά τη διάρκεια του τυφώνα Florence, Φυσικοί Κίνδυνοι και Επιστήμες Συστημάτων Γης (2021). DOI: 10.5194/ness-21-1703-2021

Παραπομπή: Εξέταση πλημμυρών από όλες τις κατευθύνσεις κατά τη διάρκεια τυφώνων (2022, 13 Ιανουαρίου) ανακτήθηκε στις 13 Ιανουαρίου 2022 από τη διεύθυνση https://phys.org/news/2022-01-hurricanes.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *