Recente orkanen zoals Maria en Sandy hebben verlammende winden gebracht, stortregens, en overstromingen naar kwetsbare kustgebieden, in sommige gevallen doden duizenden mensen. Zeeweringen en andere barrières worden vaak gesuggereerd als een manier om deze laaggelegen kustgemeenschappen te beschermen, maar hoe groot moet zo'n muur zijn, en waar is de meest effectieve plaats om het te bouwen? Bij Columbia's Earth Institute, een team van milieuwetenschappers en onderzoekers probeert deze vragen en meer te beantwoorden, om de verwoesting van toekomstige orkanen te helpen beteugelen.

Met behulp van een unieke combinatie van harde wetenschap en feedback van de gemeenschap, het project gebruikt modellen en orkaansimulaties om prototypes van stormvloedkeringen en andere beschermingsmechanismen te ontwikkelen en te evalueren. Het project zal Lower Manhattan gebruiken als een eerste case study, maar uiteindelijk zullen de tools en technieken die het team ontwikkelt vrij beschikbaar zijn en toepasbaar zijn op elke kustlijn ter wereld.

"Een van de dingen waar we ons waarschijnlijk op zullen concentreren, is het specifieke scenario van een zeewering rond Lower Manhattan - waar die muur moet worden geplaatst, en hoe hoog het moet zijn, zijn twee van de variabelen waar we naar zullen kijken, " zei hoofdonderzoeker Kyle Mandli, een Earth Institute-filiaal en assistent-professor toegepaste wiskunde aan de School of Engineering and Applied Science van Columbia University. Een stormvloedkering is slechts een van de vele beschermingsstrategieën voor kustgemeenschappen, waaronder kunstmatige riffen, infrastructuur verhogingen, en slaagde er zelfs in zich terug te trekken - die Mandli en zijn medewerkers van plan zijn te onderzoeken als onderdeel van het streven.

Momenteel, Mandli en Columbia-professor wiskunde en techniek Daniel Bienstock voeren simulaties uit die anticiperen op de invloed van stormvloed en zeespiegelstijging op de infrastructuur van NYC onder de huidige omstandigheden in de komende ongeveer 50 jaar. De wetenschappers zullen dan in deze modellen interventies introduceren zoals een zeewering, herstelde wetlands, of kunstmatige zandduinen om te veronderstellen hoe, en in hoeverre, de schade van toekomstige orkanen kan worden voorkomen.

Het doel van het team is om met een meervoudig voorstel te komen dat stormgerelateerde schade zoveel mogelijk beperkt. "Het optimale zou zijn om een ​​reeks maatregelen te hebben die zijn ontworpen om samen te werken om de kustlijn te beschermen, ' zei Mandli.

De details invullen

Met behulp van vrij beschikbare gegevens uit New York City, de wetenschappers brengen de voetafdrukken en kritieke hoogteniveaus in kaart van alle gebouwen en infrastructuur van het gevarieerde straatbeeld van Manhattan, inclusief ziekenhuizen, ingangen van de metro, en brandweerkazernes - met als doel te voorspellen hoe toekomstige orkanen gemeenschappen in het algemeen zullen beïnvloeden.

"Niemand heeft echt nagedacht over het hele gebied, inclusief iedereen - alle agentschappen en alle stukjes infrastructuur, zoals de ziekenhuizen, de scholen, het ondergrondse transportsysteem, " zei George Deodatis, faculteitslid van het Earth Institute, voorzitter van Columbia's Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics.

De wetenschappers houden ook rekening met de kosten van dergelijke veerkrachtmaatregelen. Typisch, elke dollar die aan bescherming wordt besteed, vermindert de schadegerelateerde financiële verliezen met vijf tot tien dollar. En, aangezien het vaak moeilijk is om grote bedragen aan overheidsfinanciering voor kustinterventies veilig te stellen, Het team van Mandli kan een geleidelijke installatie van apparatuur aanbevelen om de 30 jaar of zo als er nieuwe fondsen beschikbaar komen.

Daarnaast, verslechterende storm- en zeespiegelstijgingsomstandigheden kunnen in de loop van de jaren leiden tot meer bescherming, hij merkte. "Misschien hebben we nu maar een muur van anderhalve meter nodig, " zei Mandli, "maar over 30 jaar, misschien hebben we een muur van 3 meter nodig."

Perspectief veranderen

Om de real-world effecten van orkanen op de verschillende buurten van zuidelijk Manhattan beter te begrijpen, het team verzamelt input van de staat, stad, en lokale ambtenaren. De bevindingen van deze outreach-inspanningen - geleid door het National Center of Atmospheric Research (NCAR), een partner in het project - worden verondersteld te helpen bij het modelleren van stormvloeden van het team.

Tot dusver, NCAR-medewerkers Rebecca Morss en Heather Lazrus, de co-hoofdonderzoekers van het project, hebben ongeveer een dozijn leiders van de New York City en New York State Offices of Emergency Management en andere overheidsinstanties geïnterviewd. Deze functionarissen hebben hun mening gedeeld over de behoeften en kwetsbaarheden van hun gemeenschappen - en legden uit, bijvoorbeeld, hoe instellingen zoals ziekenhuizen bij calamiteiten afhankelijk zijn van het elektriciteitsnet, en het aanbieden van aanbevelingen over hoe de risico's van stormvloed kunnen worden verminderd.

De aanpak van het team om de reacties van de ambtenaren te verzamelen en de wetenschappelijke modellen en simulaties dienovereenkomstig te herzien, is een cruciaal element van het succes van het project. volgens Mandli.

"Het idee is, we hebben al deze numerieke en computationele technieken van stormvloedkeringen - maar als we er gewoon op vertrouwen, we gaan een antwoord krijgen dat misschien niet indicatief is voor de ware situatie, " hij legde uit.

"Het is belangrijk voor ons om te praten met mensen die daadwerkelijk de beslissingen nemen en die de mogelijke impact van stormvloed op de grond begrijpen, " zei Lazrus. Morss en Lazrus zijn van plan om volgende zomer gemeenschapsbijeenkomsten te houden in geselecteerde buurten van de stad om ook de input en zorgen van de lokale bewoners te verzamelen.

Het project wordt gefinancierd tot 2019, dankzij een subsidie ​​van het programma Critical Resilient Interdependent Infrastructure Systems and Processes van de National Science Foundation. Als het team aanvullende financiering kan krijgen om het project te verlengen tot 2023 of 2024, Mandli en zijn collega's zullen strategieën voor stormbescherming onderzoeken voor andere Amerikaanse kuststeden zoals Tampa Bay, Miami, Houston, of New Orleans. Om hun doel om de impact van het project te vergroten, te vergroten, de wetenschappers hebben hun simulatiesoftware open-source gemaakt en daardoor beschikbaar voor iedereen in de private of publieke sector.

"De echte bedoeling hier is om deze mogelijkheid zo breed mogelijk te bieden, zodat het overal ter wereld toepasbaar is, ' zei Mandli.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.