Kunne computere give kortsigtede advarsler om verdens største oversvømmelser?

Tusinder i Mozambique er blevet fortrængt af Cyclone Idai, en af ​​de største nogensinde til at ramme det oversvømmelsesrige land.

MIKE HUTCHINGS / REUTERS

Kunne computere give kortsigtede advarsler om verdens største oversvømmelser?

Af Jeffrey BrainardMar. 29, 2019, 13:00

Oversvømmelser har foretaget ødelæggelse i USA og Mozambique denne måned, hvilket fremhæver den kamp, ​​som forskerne står overfor ved at forudsige, hvor højt vand vil sprede sig. I USA hjalp nedbør over gennemsnittet med at kvælde Missouri-floden til rekordniveauer, oversvømme tusinder af hjem og ødelagde gårde. Og prognosemænd advarer om, at 200 millioner amerikanere og 25 stater kunne stå over for yderligere tidstævne oversvømmelser senere i foråret.

Mange amerikanske indbyggere kunne blive overrasket over at finde vand ved deres døre på grund af mangler på oversvømmelseskortene, som amerikanske agenturer bruger til at identificere områder med risiko, siger Oliver Wing, en kandidatstuderende i oversvømmelsesrisikovidenskab ved University of Bristol i Storbritannien . Kortene antyder, at 13 millioner amerikanere kan blive ramt af en oversvømmelse, der var et århundrede, men det reelle antal er sandsynligvis mere end 40 millioner, hvis kortene opdateres ved hjælp af topografiske data i høj opløsning, rapporterede Wing og kolleger sidst år i miljøundersøgelsesbreve.

Truslen om højt vand strækker sig globalt. I 2030 vurderede det, at 40% af verdens byområder vil være i højfrekvente oversvømmelseszoner. I Mozambique døde hundreder denne måned, efter at en cyklon s regnvejr oversvømmet mere end 2000 kvadratkilometer. Afgift kan have været lavere, siger forskere, hvis regeringsembedsmænd havde adgang til bedre oversvømmelsesmodeller, der kunne hjælpe med at forbedre kortvarige advarsler og langtidsplanlægning.

Wing og en kollega, Andrew Smith, talte med ScienceInsider om de tekniske mangler i oversvømmelseskort og deres egen indsats for at skabe bedre globale modeller for oversvømmelsesrisiko. Smith er chef for operation i Fathom, et konsulentfirma startet af forskere ved University of Bristol, der leverer oversvømmelsesdata og prognoser til klienter, der inkluderer forsikringsselskaber, NASA, Nature Conservancy og World Bank.

Spørgsmål: Hvorfor kan amerikanske oversvømmelseskort, der er lavet af Federal Emergency Management Agency (FEMA), forudsige mere præcist, hvor store oversvømmelser vil ramme?

OW: De bruger teknikker, der er ret daterede. Deres hænder er bundet, fordi de har kongres mandat til at bygge kort på denne måde. De bygger oversvømmelseskort fra grunden op for hvert vandløbsbassin baseret på en meget dyre, oversvømmelsesmodel i teknisk kvalitet. Det ville være meget godt, hvis det for nylig blev lavet og anvendte ajourførte metoder. Men i mange tilfælde har de bare ikke ressourcerne til at gøre det. FEMA-kort viser oversvømmelsen af ​​en oversvømmelse, der var et århundrede. Det er en slags vilkårlig sandsynlighed. Men de modeller, vi har bygget, giver mulighed for et meget mere detaljeret billede. Du kan se på hele spektret fra små til store oversvømmelser.

Spørgsmål: Hvad er udsigterne for mere nøjagtige oversvømmelser i USA og globalt?

AS: Der har været noget af en revolution i vores evne til at bygge oversvømmelsesmodeller i de sidste 5 år. Vi er gået fra at bygge modeller i virkelig små skalaer til modeller af hele kontinenter. Det er nyttigt i USA, fordi det giver os mulighed for at udfylde hullerne, hvor FEMA sandsynligvis ikke har data. Fra et globalt perspektiv er det virkelig spændende, fordi det giver os mulighed for at opbygge modeller i områder, hvor der simpelthen ikke er tilgængelige data, steder som Mozambique.

Revolutionen blev drevet af bedre terrændata, fremskridt i vores evne til at bearbejde og anvende eksisterende data og beregningsmæssig fremskyndelse på grund af bedre hardware og algoritmer. Det vigtigste og mest kritiske datasæt ved opbygning af en oversvømmelsesmodel er at have et nøjagtigt kort over jordoverfladen [højde]. Vand flyder ned ad bakke, så hvis du ikke har et nøjagtigt kort, så bygger du en temmelig uhyggelig oversvømmelsesmodel.

OW: Den amerikanske geologiske undersøgelse indsamler disse oplysninger, og det er temmelig godt i det meste af USA, hvor disse FEMA-data findes, og hvor de blev bygget i de sidste par år, ved hjælp af detaljerede metoder, sammenligner vores amerikanske model ret positivt med den og producerer et lignende svar.

AS: Desværre har der været en reel mangel på investeringer i terrændatasæt globalt. For tiden er datasættet, som vi bruger til global oversvømmelsesmodellering, baseret på Shuttle Radar Topography Mission [SRTM]. Dette er et 20-årigt, radarbaseret datasæt. Det er fuld af fejl, der bogstaveligt talt har taget 20 år at stryge ud. Der har været en hel masse forskning for at gøre SRTM anvendelig i oversvømmelsesmodeller. Et nyt videnskabeligt felt opstod i behandlingen af ​​det specifikke terrændatasæt. Det er stadig langt bagved, hvad vi har i de fleste af USA og faktisk de fleste dele af Vesteuropa, hvor vi har data om laserhøjdemåler.

Der er et par forskellige globale modeller, der produceres af forskellige forskningscentre. Og nogle undersøgelser, der blev foretaget for et par år siden, og sammenlignet den allerførste generation af disse modeller, identificerede, at de producerer meget forskellige erkendelser af den globale oversvømmelsesrisiko. I betragtning af at dette er første generation af modeller, er dette måske overraskende, da hver bruger forskellige metoder. Vi håber dog, at der vil være en konvergens i de kommende år.

Vi håber også, at nogen på et tidspunkt vil bygge nøjagtige globale terrændatasæt og gøre dem frit tilgængelige. Estimater antyder, at vi kan bygge et avanceret globalt terrændatasæt til væsentligt mindre end de fleste satellitmissioner.

Spørgsmål: Hvordan forbedrer disse kort kortvarige nødprognoser?

OW: En faktisk fremskrivning af, hvor vandet vil gå i realtid, er noget, der ikke gøres meget ofte. Og det er fordi det er en ganske beregningskrævende ting at gøre. De nye modeller er hurtige og præcise nok til virkelig at give information i realtid. Vi kan faktisk give et overblik over, hvad oversvømmelsesomfanget kan være inden for 3 dages tid, 1 dages tid, og at oplysningerne vil være uvurderlige. Det er i sin spædbarn i øjeblikket, men modelrammen findes nu for at lade det ske.

Sp: Hvordan vil bedre oversvømmelsesmodeller forbedre den langsigtede oversvømmelsesplanlægning?

OW: Værktøjerne, som vi bygger, udvider de oplysninger, som FEMA kan give, fordi vi ikke er begrænset af den 100-årige oversvømmelse, som kun er et enkelt overblik over den aktuelle risiko. Vi kan fremstille oversvømmelseskort til ethvert tilbagevendelsesinterval, der spænder over området fra utroligt hyppige oversvømmelser, der har 20% chance for at forekomme i et givet år, helt til oversvømmelse med stor sandsynlighed, med en stor størrelse, der ville være en en-i- en 1000-årig begivenhed.

Spørgsmålet om, hvordan i alverden, dette bliver taget op af nødledere og lokalsamfund til at styre denne risiko effektivt, er sandsynligvis en endnu større opgave end videnskaben.

AS: En af de gode ting ved vores model er, at vi hvert år, hvor vi har nye observationer, kan køre modellen igen og have et opdateret estimat og visualisering af, hvordan den 100-årige oversvømmelsesbegivenhed ser ud. Fordi 100-års begivenheden i dag vil se meget anderledes ud end man lignede for 10 år siden, simpelthen fordi vi har flere datapunkter.