Hvornår er en havmur en god idé?

Nylige orkaner som Maria og Sandy har bragt lammende vinde, voldsomme regnskyl, og oversvømmelser til sårbare kystområder, i nogle tilfælde dræber tusinder af mennesker. Havmure og andre barrierer foreslås ofte som en måde at beskytte disse lavtliggende kystsamfund, men hvor stor skal sådan en væg være, og hvor er det mest effektive sted at bygge det? På Columbia's Earth Institute, et hold af miljøforskere og forskere forsøger at besvare disse spørgsmål og mere, at hjælpe med at bremse ødelæggelserne fra fremtidige orkaner.

Ved hjælp af en unik kombination af hård videnskab og feedback fra samfundet, projektet bruger modeller og orkansimuleringer til at udvikle og evaluere prototyper af stormflodsbarrierer og andre beskyttelsesmekanismer. Projektet vil bruge Lower Manhattan som et indledende casestudie, men i sidste ende vil de værktøjer og teknikker, som teamet udvikler, være frit tilgængelige og anvendelige til enhver kystlinje i verden.

"En af de ting, vi sandsynligvis vil fokusere på, er det specifikke scenarie med en havmur omkring Lower Manhattan - hvor skal den mur placeres, og hvor høj den skal være, er to af de variabler, vi vil se på, " sagde ledende forsker Kyle Mandli, en Earth Institute-tilknyttet og assisterende professor i anvendt matematik ved Columbia University's School of Engineering and Applied Science. En stormflodsbarriere er blot en af ​​flere beskyttelsesstrategier for kystsamfund – inklusive kunstige rev, infrastruktur forhøjninger, og formåede endda tilbagetog - som Mandli og hans medarbejdere agter at undersøge som en del af bestræbelsen.

I øjeblikket, Mandli og Columbia matematik- og ingeniørprofessor Daniel Bienstock kører simuleringer, der forudser, hvordan stormflod og havniveaustigning vil påvirke NYCs infrastruktur under eksisterende forhold i løbet af de næste cirka 50 år. Forskerne vil derefter indføre i disse modeller interventioner såsom en havmur, restaurerede vådområder, eller kunstige klitter for at hypotese, hvordan, og i hvilket omfang skaderne fra fremtidige orkaner kan forhindres.

Holdets mål er at komme med et flerstrenget forslag, der vil minimere stormrelaterede skader så meget som muligt. "Det optimale ville være at have en række foranstaltninger designet til at arbejde sammen for at beskytte kystlinjen, sagde Mandli.

Udfyldelse af detaljerne

Ved at bruge åbent tilgængelige data fra New York City, videnskabsmændene kortlægger fodsporene og de kritiske højdeniveauer af alle bygninger og infrastruktur i Manhattans varierede gadebillede – inklusive hospitaler, metro indgange, og brandstationer - med det mål at forudsige, hvordan fremtidige orkaner vil påvirke samfund som helhed.

"Ingen har rigtig tænkt på hele området med alle inkluderet - alle agenturer og alle stykker infrastruktur, ligesom hospitalerne, skolerne, det underjordiske transportsystem, " sagde Earth Institute-fakultetsmedlem George Deodatis, formand for Columbia's Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics.

Forskerne tager også hensyn til omkostningerne ved sådanne modstandsdygtighedsforanstaltninger. Typisk, hver dollar brugt på beskyttelse reducerer skadesrelaterede økonomiske tab med fem til ti dollars. Og, da det ofte er vanskeligt at sikre store mængder statsstøtte til kystindgreb, Mandlis team kan anbefale en gradvis installation af udstyr hvert 30. år eller deromkring, efterhånden som nye midler bliver tilgængelige.

Udover, forværrede storm- og havniveaustigningsforhold kan udløse behovet for mere beskyttelse, som årene går, bemærkede han. "Vi har måske kun brug for en 5 fods væg nu, sagde Mandli, "men om 30 år måske ville vi have brug for en 10 fods væg."

Ændring af perspektiver

For bedre at forstå de virkelige virkninger af orkaner på de forskellige kvarterer i det sydlige Manhattan, holdet indsamler input fra staten, by, og lokale embedsmænd. Resultaterne fra disse opsøgende bestræbelser - ledet af National Center of Atmospheric Research (NCAR), en partner i projektet – formodes at hjælpe med at guide teamets modellering af stormflod.

Indtil nu, NCAR-medarbejdere Rebecca Morss og Heather Lazrus, projektets co-principal investigators, har interviewet omkring et dusin ledere af New York City og New York State Offices of Emergency Management og andre statslige agenturer. Disse embedsmænd har delt deres synspunkter om behov og sårbarheder i deres lokalsamfund – og forklarede, for eksempel, hvordan institutioner som hospitaler er afhængige af elnettet i nødsituationer, og giver anbefalinger til, hvordan man mindsker risici fra stormflod.

Teamets tilgang til at indsamle embedsmændenes svar og revidere de videnskabelige modeller og simuleringer i overensstemmelse hermed er et afgørende element for projektets succes, ifølge Mandli.

"Ideen er, vi har alle disse numeriske og beregningsmæssige teknikker til stormflodsbarrierer - men hvis vi bare stoler på dem, vi får et svar, der måske ikke er vejledende for den sande situation, " forklarede han.

"Det er vigtigt for os at tale med folk, der faktisk træffer beslutningerne, og som forstår den potentielle virkning af stormflod på jorden, " sagde Lazrus. Morss og Lazrus planlægger at holde samfundsmøder i udvalgte kvarterer i byen næste sommer for også at samle lokale beboeres input og bekymringer.

Projektet er finansieret frem til 2019, takket være et tilskud fra National Science Foundation's Critical Resilient Interdependent Infrastructure Systems and Processes -program. Hvis teamet kan sikre yderligere finansiering til at forlænge projektet indtil 2023 eller 2024, Mandli og hans kolleger vil udforske stormbeskyttelsesstrategier for andre amerikanske kystbyer som Tampa Bay, Miami, Houston, eller New Orleans. For at fremme deres mål om at udvide projektets effekt, forskerne har gjort deres simuleringssoftware open-source og derved tilgængelig for brug for alle i den private eller offentlige sektor.

"Den egentlige hensigt her er at forsøge at levere denne kapacitet så bredt som muligt, så den kan anvendes overalt i verden, sagde Mandli.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.