Natuurrampen worden steeds erger. Volgens gegevens van de National Oceanic and Atmospheric Administration voor de jaren 2016, 2017 en 2018 waren historisch:in elk van die jaren het gemiddelde aantal rampen dat ten minste $ 1 miljard kostte, was meer dan het dubbele van het langetermijngemiddelde. Naarmate het aantal en de kosten van rampen blijven toenemen, gemeenschappen zoeken naar manieren om zich aan te passen en veerkrachtiger te worden.

Een veerkrachtige gemeenschap, zoals gedefinieerd door de National Academy of Sciences, moeten kunnen voorbereiden en plannen, herstellen van, en zich beter aan te passen aan feitelijke of potentiële rampen. Veerkracht kan worden beoordeeld in termen van de robuustheid van de fysieke infrastructuur van een gemeenschap, hoe de sociale respons is georganiseerd, slachtoffers en het succes van haar overheidsbeleid. Deze systemen zijn verbonden, met een verstoring in één die zich door velen voortplant, invloed op de algehele veerkracht.

Onderzoekers op het gebied van rampenwetenschap bestuderen al deze systemen, maar het is een enorm veld, en specialisten zijn vaak gecompartimenteerd. Civiele en milieutechnische onderzoekers van de Universiteit van Michigan, onder leiding van professor Sherif ElTawil, het project Interdependencies in Community Resilience (ICoR) ontwikkeld om de barrières te slechten, al deze gegevens samenbrengen, en onderzoekers in staat te stellen het volledige plaatje te zien. Dit is een fundamentele stap in de richting van het opbouwen van gemeenschappen die bestand zijn tegen rampen.

El-Tawil legde uit, "Beschouw een orkaan. De verschillende aspecten van een orkaanramp kunnen worden weergegeven door specifieke modellen, bijvoorbeeld, de winddruk, reactie opbouwen, het gedrag van mensen, enz. Al deze modellen kunnen in overleg met elkaar worden gemaakt om het algemene rampscenario weer te geven. Dat is wat zo uniek is aan dit project:het maakt het mogelijk om het hoogste niveau van integratief onderzoek te doen."

Om de complexe aard van het probleem dat wordt aangepakt aan te pakken, het ICoR-projectteam bestaat uit experts op verschillende gebieden. CEE-professor Vineet R. Kamat en universitair hoofddocent Jason McCormick fungeren als adjunct-directeuren, en CEE Associate Professor Carol Menassa en Assistant Professor Seymour Spence dienen als co-hoofdonderzoekers. De focus van dit project is het ontwikkelen van een computationeel platform waarmee onderzoekers uit verschillende disciplines hun modellen kunnen pluggen en samen kunnen werken aan een rampscenario. Het integratieve platform van dit project zal de schakel zijn tussen de onderzoeksmodellen uit diverse vakgebieden.

Gebruikers kunnen individuele rekenmodellen en simulaties van meerdere disciplines naar het platform laden en tegelijkertijd uitvoeren. Dit zal het mogelijk maken om de complexe interacties te onderzoeken die plaatsvinden tussen verschillende systemen voordat, tijdens en na natuurrampen. "Dit was niet iets dat we in het verleden hadden kunnen doen omdat we gewoon niet de rekenkracht hadden, "zei Spence. "Deze zijn erg ingewikkeld, onderling afhankelijke berekeningen die we nu kunnen onderzoeken." Het platform kan gebruikmaken van gevestigde modellen en maakt het ook mogelijk om nieuwe disciplinespecifieke modellen te creëren, de deur openen naar wetenschappelijke ontdekkingen die van invloed kunnen zijn op de manier waarop we plannen tegen natuurrampen zoals orkanen.

Zoals Spence uitlegde, "Orkanen behoren tot de duurste natuurlijke gevaren die de Verenigde Staten treffen, met verliezen van meer dan $ 300 miljard in de afgelopen vijf jaar. We wilden het herstel van gemeenschappen testen in de context van veerkracht met behulp van een nieuw orkaanherstelmodel. Toen we dit model via het platform integreerden met een bestaand op fysica gebaseerd kwetsbaarheidsmodel, we hebben de veerkracht kunnen kwantificeren van een woongemeenschap die onderhevig is aan orkanen van categorie 5. Het is dit soort informatie dat uiteindelijk kan leiden tot strategieën voor de langdurige aanpassing van de gemeenschap aan het gevaar."

Gegevens zijn krachtig, maar het is niet eenvoudig om ruwe cijfers te communiceren. Dus het onderzoeksteam maakt visuele 3D-simulaties die in realtime kunnen worden uitgevoerd, met behulp van gegevens die zijn berekend met externe software. Deze helpen de bevindingen van het team aan het publiek over te brengen, waardoor het model gemakkelijker te begrijpen en te vertrouwen is. Een recent model schetst het effect van harde wind op een buurt met huizen, zoals berekend door Ph.D. student Ahmed Abdelhady. "Deze beelden zijn erg opvallend, "zei Abdelhady. "Je kunt de dreigende lucht zien, de regen die neerstroomt, de dakpannen vliegen van gebouwen. Het helpt je echt om de potentiële schade aan de gemeenschap te visualiseren en mogelijke oplossingen te bedenken om de veerkracht van de gemeenschap te vergroten."

Het overbrengen van deze informatie naar gemeenschappen is een belangrijk onderdeel van het ICoR-project. Het doel is dat gemeenschappen het model kunnen gebruiken om te simuleren hoe een ramp hen zou treffen. Het kan helpen hiaten te identificeren en te laten zien hoe verschillende oplossingen (bijvoorbeeld het gebruik van orkaanclips om de verbinding tussen het dak van het gebouw en de muur te versterken, een van de zwakste punten in houten gebouwen) zou kunnen helpen die hiaten op te vullen.

"Het krachtigste kenmerk van deze modellen is hun vermogen om te voorspellen, "zei Abdelhady. "Je kunt de output van alle voorgestelde mitigatieplannen voorspellen, gebruik vervolgens een optimalisatie-algoritme om ze te prioriteren en de beste combinatie te bedenken." El-Tawil legde uit, "Bijvoorbeeld, je zou kunnen zien dat één oplossing $ 5 miljoen kost en de veerkracht van de gemeenschap met vijf procent zou verbeteren, maar een andere oplossing kost $ 1 miljoen en zou de veerkracht met 10 procent verbeteren. Met deze simulaties die je dat soort gegevens geven, gemeenschappen kunnen informeren, verantwoorde beslissingen over voorgestelde verbeteringen.