شهرها و جوامع ساحلی در سال های آینده با طوفان های بزرگ بیشتری همراه با تغییرات آب و هوایی مواجه خواهند شد. برای کمک به آماده‌سازی شهرهای ساحلی در برابر طوفان‌های آینده، دانشمندان MIT روشی را برای پیش‌بینی میزان سیلاب‌هایی که در یک جامعه ساحلی در طول دهه‌های آینده طوفان‌ها تجربه می‌کنند، توسعه داده‌اند.

وقتی طوفان‌ها به خشکی می‌رسند، بادهای شدید آب‌های شور اقیانوس را به جریان می‌اندازند که موج‌های طوفانی در مناطق ساحلی ایجاد می‌کند. همانطور که طوفان ها بر روی زمین حرکت می کنند، بارش های سیل آسا می تواند باعث سیل بیشتر در داخل شود. هنگامی که چندین منبع سیل مانند موج طوفان و بارندگی در تعامل باشند، می توانند خطرات یک طوفان را تشدید کنند و منجر به سیل بسیار بیشتر از هر منبعی به تنهایی شوند. مطالعه جدید یک روش مبتنی بر فیزیک را برای پیش‌بینی چگونگی تکامل خطر چنین سیل‌های پیچیده و مرکب تحت شرایط گرم شدن آب و هوا در شهرهای ساحلی معرفی می‌کند.

یکی از نمونه‌های تأثیر سیل مرکب، پیامدهای طوفان سندی در سال 2012 است. طوفان به ساحل شرقی ایالات متحده رسید زیرا بادهای شدید طوفان شدیدی را برانگیخت که همراه با سیل ناشی از بارندگی در برخی مناطق باعث ایجاد تاریخی و تاریخی شد. سیل ویرانگر در نیویورک و نیوجرسی

در مطالعه خود، تیم MIT روش جدید مدل‌سازی سیل ترکیبی را در شهر نیویورک به کار برد تا پیش‌بینی کند که تغییرات آب و هوایی چگونه می‌تواند بر خطر سیل مرکب ناشی از طوفان‌های سندی مانند در دهه‌های آینده تأثیر بگذارد.

آنها دریافتند که در آب و هوای امروزی، احتمالاً هر 150 سال یکبار یک رویداد سیل مرکب در سطح شنی شهر نیویورک را درنوردیده است. تا اواسط قرن، آب و هوای گرم‌تر، فراوانی چنین سیل‌هایی را به هر 60 سال افزایش می‌دهد. در پایان قرن، سیل های مخرب شنی مانند هر 30 سال یک بار شهر را سیل می کند – که در مقایسه با آب و هوای فعلی پنج برابر افزایش می یابد.

کری امانوئل، یکی از نویسندگان این مطالعه، استاد بازنشسته علوم جوی در MIT، می گوید: «متوسط ​​خسارت بلندمدت ناشی از خطرات جوی معمولاً تحت سلطه رویدادهای نادر و شدید مانند طوفان سندی است. این مهم است که این موارد را درست انجام دهیم.»

در حالی که این پیش بینی ها نگران کننده هستند، محققان امیدوارند که پیش بینی سیل بتواند به برنامه ریزان شهری کمک کند تا در برابر بلایای آینده آماده شوند و از آنها محافظت کنند. علی سرحدی، نویسنده این مطالعه می‌گوید: «روش‌شناسی ما مقامات و سیاست‌گذاران شهر ساحلی را به ابزارهای ضروری برای انجام ارزیابی‌های مخاطرات سیل مرکب ناشی از طوفان‌ها در شهرهای ساحلی در سطحی دقیق و جزئی، که به هر خیابان یا ساختمان امتداد می‌یابد، در دهه‌های کنونی و آینده مجهز می‌کند.» ، فوق دکتری در بخش زمین، جو و علوم سیاره ای MIT.

مطالعه دسترسی آزاد این تیم امروز به صورت آنلاین در بولتن انجمن هواشناسی آمریکا ظاهر می شود . نویسندگان همکار عبارتند از رافائل روسو-ریزی در مرکز لورنز MIT، کایل ماندلی در دانشگاه کلمبیا، جفری نیل در دانشگاه بریستول، مایکل ویپر در دانشگاه چارلز سوم مادرید و مونیکا فلدمن در موسسه فناوری فدرال سوئیس لوزان.

بذر سیل

برای پیش‌بینی خطر سیل یک منطقه، مدل‌سازان هواشناسی معمولاً به گذشته نگاه می‌کنند. سوابق تاریخی حاوی اندازه‌گیری‌هایی از سرعت باد، میزان بارندگی و گستره فضایی طوفان‌های قبلی است که دانشمندان از آن برای پیش‌بینی محل و میزان سیل در طوفان‌های آتی استفاده می‌کنند. اما سرحدی معتقد است که محدودیت ها و کوتاه بودن این سوابق تاریخی برای پیش بینی خطرات طوفان های آینده کافی نیست.

او می‌گوید: «حتی اگر ما سوابق تاریخی طولانی داشته باشیم، آنها راهنمای خوبی برای خطرات آینده به دلیل تغییرات آب و هوایی نخواهند بود. تغییر اقلیم در حال تغییر ویژگی‌های ساختاری، فراوانی، شدت و حرکت طوفان‌ها است و ما نمی‌توانیم به گذشته تکیه کنیم.»

سرحدی و همکارانش در عوض به دنبال پیش‌بینی خطر وقوع سیل طوفان در یک منطقه در آب و هوای متغیر با استفاده از روش ارزیابی ریسک مبتنی بر فیزیک بودند. آنها ابتدا شبیه‌سازی‌های فعالیت طوفان را با مدل‌های اقیانوسی و جوی همراه در طول زمان جفت کردند. با شبیه‌سازی‌های طوفان، که در ابتدا توسط امانوئل توسعه داده شد، محققان عملاً ده‌ها هزار “بذر” طوفان را در یک آب و هوای شبیه‌سازی شده پراکنده کردند. بیشتر دانه ها پراکنده می شوند، در حالی که تعداد کمی از آنها بسته به شرایط اقیانوس و جو به طوفان های سطح طبقه رشد می کنند.

وقتی این تیم شبیه‌سازی‌های طوفان را با مدل‌های آب و هوایی از شرایط اقیانوس و جو تحت پیش‌بینی‌های دمایی خاص جهانی انجام می‌دهند، می‌توانند ببینند که چگونه طوفان‌ها، به عنوان مثال از نظر شدت، فرکانس، و اندازه، تحت شرایط آب و هوایی گذشته، فعلی و آینده تغییر می‌کنند.

سپس این تیم به دنبال پیش‌بینی دقیق سطح و درجه سیل مرکب از طوفان‌های آینده در شهرهای ساحلی بود. محققان ابتدا از مدل‌های بارندگی برای شبیه‌سازی شدت باران برای تعداد زیادی از طوفان‌های شبیه‌سازی شده استفاده کردند، سپس مدل‌های عددی را برای ترجمه هیدرولیکی آن شدت بارندگی به سیل در زمین در هنگام ریزش طوفان‌ها، با دادن اطلاعاتی در مورد یک منطقه مانند سطح و ویژگی‌های توپوگرافی آن، به کار بردند. . آنها همچنین موج‌های طوفانی مشابه طوفان‌ها را با استفاده از مدل‌های هیدرودینامیکی برای ترجمه حداکثر سرعت باد و فشار سطح دریا به ارتفاع موج در مناطق ساحلی شبیه‌سازی کردند. این شبیه‌سازی، انتشار آب‌های اقیانوس را در مناطق ساحلی، که باعث سیل‌های ساحلی می‌شود، ارزیابی کرد.

سپس، تیم یک مدل هیدرودینامیک عددی برای پیش‌بینی اینکه چگونه دو منبع سیل ناشی از طوفان، مانند موج طوفان و سیل ناشی از باران، به طور همزمان در طول زمان و مکان برهم‌کنش خواهند داشت، زیرا طوفان‌های شبیه‌سازی شده در مناطق ساحلی مانند نیویورک فرود می‌آیند، یک مدل عددی ایجاد کردند. شهر، در هر دو اقلیم فعلی و آینده.

سرحدی می گوید: «یک برهمکنش هیدرودینامیکی پیچیده و غیرخطی بین سیلاب ناشی از موج آب شور و سیلاب ناشی از بارندگی آب شیرین وجود دارد که سیل مرکب را تشکیل می دهد که بسیاری از روش های موجود آن را نادیده می گیرند. در نتیجه، آنها خطر سیل مرکب را دست کم می گیرند».

ریسک تقویت شده

با وجود روش پیش‌بینی سیل، تیم آن را در یک مورد آزمایشی خاص به کار برد: شهر نیویورک. آنها از روش چند جانبه برای پیش بینی خطر سبل مرکب شهر ناشی از طوفان ها و به طور خاص تر از طوفان های سندی مانند در آب و هوای فعلی و آینده استفاده کردند. شبیه‌سازی‌های آن‌ها نشان داد که شانس شهر برای تجربه سبل‌های شنی مانند در دهه‌های آینده با گرم شدن آب و هوا به طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد، از هر ۱۵۰ سال یک بار در آب و هوای فعلی، به هر ۶۰ سال تا سال ۲۰۵۰ و هر ۳۰ سال تا سال ۲۰۹۹.

جالب توجه است، آنها دریافتند که بیشتر این افزایش خطر کمتر به چگونگی تغییر خود طوفان ها با گرم شدن آب و هوا، بلکه به افزایش سطح آب دریاها در سراسر جهان مربوط می شود.

سرحدی توضیح می‌دهد: «در دهه‌های آینده، ما افزایش سطح آب دریاها را در مناطق ساحلی تجربه خواهیم کرد، و همچنین این اثر را در مدل‌های خود گنجانده‌ایم تا ببینیم که چقدر خطر سبل‌های مرکب را افزایش می‌دهد». و در واقع، ما می بینیم که افزایش سطح دریا نقش مهمی در افزایش خطر سیل ناشی از طوفان ها در شهر نیویورک ایفا می کند.

روش این تیم را می توان در هر شهر ساحلی برای ارزیابی خطر سییل مرکب ناشی از طوفان ها و طوفان های خارج از حاره به کار برد. با این رویکرد، سرحدی امیدوار است تصمیم گیرندگان بتوانند تصمیمات آگاهانه ای در خصوص اجرای اقدامات تطبیقی ​​مانند تقویت پدافند ساحلی برای ارتقای زیرساخت ها و تاب آوری جامعه اتخاذ کنند.

سرحدی می‌گوید: «جنبه دیگری که فوریت تحقیقات ما را برجسته می‌کند، افزایش 25 درصدی جمعیت سواحل پیش‌بینی‌شده تا اواسط قرن است که منجر به افزایش قرار گرفتن در معرض طوفان‌های مخرب می‌شود». علاوه بر این، ما دارای تریلیون‌ها دلار دارایی در مناطق سبل‌خیز ساحلی هستیم که نیاز به استراتژی‌های پیشگیرانه برای کاهش خسارات ناشی از سیل‌های مرکب ناشی از طوفان‌ها در شرایط گرم شدن آب و هوا دارد.