Avanceret overvågningsprogram for tørke og oversvømmelse for miljøsårbare regioner

På en grøntsagsfarm i Vestafrika, hvor plantningen sker i hånden, spørgsmål om vejr koges ned til det mest presserende spørgsmål af alle:Vil regnen være god eller dårlig?

Princeton professor Eric Wood, en hydrolog, der normalt arbejder med globale data og computermodeller, besøgte den lille gård en time fra Niamey, Niger, i 2013. Der, han talte med netop de mennesker, der ville drage fordel af et nyt tørke- og oversvømmelsesrisikoovervågningssystem, som han havde skabt. Landmænd i Niamey stoler på deres landbrugsagenter, og i forlængelse heraf Woods program, at fortælle dem, hvornår regnen vil komme, og hvor rigelig de vil være.

"Der er en stærk sæsonbestemt cyklus af nedbør, kommer fra syd, sagde Wood, Susan Dod Brown professor i civil- og miljøteknik. "De vil gerne vide, vil de få god regn eller dårlig regn, hvornår starter regntiden? De vil gerne sikre sig, at regnen er der, før de planter. Hvis de planter for tidligt, frøene vil dø, før de bliver etableret. Det er mennesker, der lever for et par dollars om dagen, måske mindre. Det er meget svært for dem at få nyt frø til at plante.

"Du rejser til disse steder, og du indser, hvor stort deres behov er for information, der kan hjælpe dem med at klare vandforvaltningsproblemer. Og du går derfra og tænker, at måske, godt … du gør noget godt. Det giver stor tilfredsstillelse."

Wood og hans team af Princeton-ingeniører har implementeret deres avancerede tørke- og oversvømmelsesrisikoovervågningsprogram for miljømæssigt sårbare regioner som Niger og andre områder i Afrika og Latinamerika. Programmet assimilerer vejrdata, der er rigeligt, men svært at analysere for dem på jorden.

Udviklet efter ønske fra UNESCO, programmet giver brugerne mulighed for at undersøge et væld af meteorologiske og hydrologiske data, inklusive vindhastighed, temperatur, nedbør, strømafstrømning og andre målinger. Fremkomsten af ​​teknologi giver en betydelig dybde til sådanne data. Men at syntetisere det til et brugervenligt format har været en udfordring for både forskere og interessenter.

Gå ind i skoven, som også fungerer som direktør for kandidatstudier for Princeton's Department of Civil and Environmental Engineering, og en kadre af kandidatstuderende. Deres afrikanske oversvømmelses- og tørkemonitor (AFDM) og latinamerikanske oversvømmelses- og tørkemonitor (LAFDM) leverer klimamodellering i realtid til flere brugerniveauer, fra politikere til lokale landmænd. Princeton-teamet afholder instruktionsworkshops i de forskellige lande, den seneste i Brasilien i juli sidste år. En af de første af disse workshops blev afholdt i 2013 under besøget i Niger.

Måske mest slående, holdet skabte programmerne med ringe direkte finansiering. De udnyttede tidligere forskning støttet fra National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) til at skabe AFDM og LAFDM. Wood betragter hans teams omkostningseffektive bidrag som en afspejling af den slags arbejde, ingeniører bør udføre i hele verden.

"Se, der er behov, " sagde Wood. "Jeg tror, ​​det er vigtigt for folk som mig selv, som er blevet finansieret gennem vores karriere af bureauer som NASA og NOAA, at tænke over, hvordan vi kan tjene samfund, der ikke har adgang til det, vi har haft.

"Dette er en måde, hvorpå den støtte, vi har modtaget, kan gøre godt for undertjente samfund, " tilføjede han. "Dette er grupper og samfund med begrænset kapacitet og stor, akut behov. Hvorfor skulle vi ikke sige, okay, Jeg vil give noget tilbage? "Han refererede til programmets effektivitet i det nordlige Chile, for eksempel, hvor det opfangede sandsynligheden for de ødelæggende oversvømmelser i marts 2015 i en region, der ikke havde set regn i årevis.

Woods mangeårige samarbejdspartner i Princeton, Justin Sheffield, nu professor ved University of Southampton, England, tilføjede:"Forskere har et ansvar for at sikre, at deres forskning ikke kun har indflydelse, men kan omsættes til fordele for befolkninger i nød. Disse tørkeprognoser har potentialet til at hjælpe beslutningstagere med at reducere påvirkningerne."

Mens dataene bag programmerne længe har været tilgængelige, flere faktorer gjorde det svært at få adgang. Upålidelige computernetværk, mangel på teknisk raffinement, lav institutionel prioritet og evnen til at afkode og oversætte alt materiale til ét meningsfuldt prognoseværktøj var blandt dem, sagde Princeton-teammedlemmer.

AFDM og LAFDM nedskalerer og fusionerer meteorologiske og hydrologiske data for at være konsistente i tid, forklarede Wood. Dataene anvendes derefter til jordoverfladepåvirkningsmodeller, der evaluerer risikoen for oversvømmelser, tørke, strømafstrømning og afgrødepåvirkning, samt sætte fokus på historiske og sæsonbestemte tendenser. Dataene findes ikke i et så brugervenligt format andre steder. Træde i kræft, Woods system omfatter en one-stop-webgrænseflade for dem, der ønsker omfattende vejrinformation i eller nær realtid.

"Disse programmer kom fra, at vi erkendte, at alle data derude var virkelig svære at sammensætte, selv for professionelle, " sagde Princeton kandidatstuderende Colby Fisher. "Der har altid været en kløft mellem forskning og hvad der rent faktisk er lavet på jorden." Fisher karakteriserede programmerne som de "mest offentlige" af Woods arbejde inden for hydrologisk forskning og modellering.

Dataene er hentet fra tre kilder, sagde Fisher. Princeton Global Forcing-datasættet inkluderer historisk vejrstatistik fra 1948 til 2010; disse bruges til at sammenligne langsigtede mønstre med nuværende forhold. Data downloadet fra NASA -satellitter udgør hovedparten af ​​systemets tilbud. Disse data understøttes derefter med prognoser fra NOAA's syv-dages globale vejrudsigtsmodel og sæsonbestemt klimaprognosemodel. Der er tre datadistributionscentre i Afrika:Niger, Kenya og Zimbabwe. Der er værtsprogrammer i Santiago, Chile, og Foz do Iguaçu, Brasilien. Den Princeton-baserede hjemmeside, stream.princeton.edu, giver også adgang.

"Dette [system] har bekræftet regionens enorme interesse for et overvågnings- og tidlig varslingsværktøj for oversvømmelser og tørke, sagde Koen Verbist, programspecialist i hydrologiske systemer og vand med UNESCOs drift i Santiago. "I betragtning af at disse tilfælde er støt stigende i løbet af de sidste par årtier, LAFDM udfylder et hul for at levere løbende opdateringer om disse vandrelaterede farer."

Det første system blev rullet ud i 2012 med assistance fra Sheffield og Princeton postdoc-forsker Nate Chaney. Skærmene er siden blevet fuldstændig opgraderet med ny software udviklet primært af Chaney, sammen med Fisher og Jonathan Herman, som arbejdede med Princeton-teamet, mens han var kandidatstuderende ved Cornell University. Skærmene tilbydes på seks sprog, og inkludere scripts til at downloade materiale på daglig basis - alt sammen med minimal overhead.

Mens AFDM og LAFDM leverer data, der beskriver den kombinerede påvirkning af meteorologiske og hydrologiske fænomener, modellerne er lavet til at undgå fortolkning. Wood insisterede på, at rådgivning ikke falder ind under systemets kompetence. De giver data og kontekst. De fortæller ikke folk, hvad de skal gøre med det.

Woods største bekymring lige nu er at opretholde hans indsats. Tilstrækkelig finansiering, måske fra private fonde, er nødvendigt for at vedligeholde datadistributionscentrene, og muligvis skabe yderligere lokaliteter eller udvide størrelsen af ​​de overvågede områder.

"Efterhånden som verden bliver mere befolket, og vi har klimaændringer, " sagde Wood, "der vil være mere stress på krydset mellem vand, mad og energi. Folk har brug for disse værktøjer."