Forskere kan bedre kvantificere rækkevidden af ​​mulige påvirkninger fra stormende storme

Hvad hvis Sandy havde givet New Jersey et blikslag i 2012 i stedet for at ramme det næsten på hovedet? Eller hvis den historiske storm havde fået land længere mod syd eller nord? Hvad hvis stormen var mindre, langsommere, eller mere intens? Hvordan ville påvirkningerne ændre sig?

Besvarelse af disse spørgsmål ved hjælp af dynamiske vejrmodeller, ligesom den meget udbredte Weather Research and Forecasting (WRF) model baseret på National Center for Atmospheric Research (NCAR), er en udfordring. Selvom disse modeller kan simulere orkaner i detaljer, de er primært designet til at give den bedst mulige forudsigelse af en orkans spor og udvikling givet de aktuelle forhold i modellen, ikke at svare på hvad-hvis-scenarier. Som resultat, forskere har meget lidt kontrol over, hvordan stormene i modellen formerer sig.

Et nyt værktøj udviklet af NCAR -forskere ændrer det. Hybrid WRF Cyclone Model (HWCM) giver forskere mulighed for at skabe en idealiseret storm (foreskriver stormegenskaber som størrelse og intensitet), placer netop den storm, hvor de vil have den, og styr derefter stormen mod land, giver dem en meget større grad af kontrol over, hvordan og hvor den simulerede orkan lander.

Denne evne til at styre storme giver forskere mulighed for at karakterisere en række mulige påvirkninger fra en landende orkan på et bestemt sted. Ved hjælp af HWCM, forskere kan udsætte det samme sted for storme fra mange forskellige vinkler, som kan påvirke stormflod betydeligt, samt en række stormstørrelser, intensiteter, og fremadgående hastigheder. Sammen, disse simuleringer kan bedre karakterisere de mulige risici for kystsamfund.

"Det kan være meget udfordrende at studere de mulige virkninger af orkaner ved kun at se på den historiske rekord, "sagde NCAR -forskeren Cindy Bruyère, der ledede udviklingen af ​​den nye model. "Hvis du ser langs enhver 50 miles kystlinje, du ser måske kun en orkan om et årti. At være i stand til realistisk at modellere disse storme kan give os et meget mere komplet billede af de mulige påvirkninger. "

Udviklingen af ​​HWCM blev støttet af National Science Foundation, som er sponsor for NCAR, og af Insurance Australia Group Limited.

Kvantificering af orkanrisiko

Risikostyrere, samfundsplanlæggere, forsikringsselskaber, og andre har længe været interesserede i at kvantificere risikoen for orkanskader på lokalsamfund. Traditionelt set dette er sket ved hjælp af statistiske modeller, som karakteriserer forhold mellem fænomener i fortiden - f.eks. den nedbør, der typisk er forbundet med en bestemt storm eller intensitet - og derefter anvende denne viden til at forudsige fremtiden.

Selvom statistiske modeller er nyttige, de har begrænsninger, fordi de har en tendens til kun at se på en variabel ad gangen og bruge historiske storme som deres benchmarks. Men da klimaet ændrer sig, storme kunne dannes i fremtiden, der ikke har nogen analog i den historiske optegnelse, herunder orkaner, der lander længere mod polerne end nogensinde før.

Derimod, dynamiske modeller, såsom WRF, faktisk bruge vores forståelse af fysiske forhold i verden - hvordan oceaner påvirker atmosfæren, og hvordan atmosfæriske ustabilitet kan forårsage en storm, for eksempel - at simulere orkaner selv. Denne slags modeller kan give interessenter et væld af detaljerede oplysninger om, hvordan stormen interagerer med de andre realistiske miljøegenskaber i modellen, såsom kysttopografien.

Men det er udfordrende at få oplysninger om, hvordan en bestemt slags storm kan påvirke en bestemt placering. Det er fordi, hvordan stormen formerer sig, efter at den har dannet sig i modellen, herunder dens spor, og hvor (eller hvis) den lander, afhænger af modellens fysik, som skaber vejrmønstre baseret på miljøforhold. For eksempel, et højtryksområde, der dannes over kysten i modellen, kan holde en storm i skak eller bøje sin kurs.

Bruyère og hendes kolleger søgte at skabe en dynamisk model, der kunne bruges til at vurdere orkanernes farer ved at give modeleren kontrol. Resultatet blev Hybrid WRF Cyclone Model.

"Jeg vil ikke have, at vejrmønstre i modellen skal påvirke min storm; jeg vil kontrollere, hvor min storm lander, "sagde hun." Vi har udviklet evnen til at sætte en moden storm præcis der, hvor vi vil have den og udsætte den for forskellige baggrundsstrømme fra simulering til simulering, tvinger stormen til at lande på forskellige måder. Nu kan vi begynde at se en række mulige påvirkninger fra den samme storm. "

Ser man på vinklerne

HWCM giver modellerne mulighed for at spinde en idealiseret orkan inden for WRF-en slags storm i en kasse-og derefter placere den modne storm i WRFs virkelige domæne. Når den er placeret, modellereren kan foreskrive baggrundsvindstrømmen og -retningen, hovedsageligt styrer stormen, mens den stadig tillader den at interagere med det omgivende miljø, efterhånden som den udvikler sig.

Forskerteamet beskrev for nylig den nye modelleringskapacitet i detaljer i tidsskriftet Weather and Climate Extremes. De er også begyndt at eksperimentere med, hvad værktøjet kan lære dem, herunder en detaljeret undersøgelse af, hvordan landingsvinklen for en sandstrand-storm kan ændre stormflodens påvirkninger langs New Jersey-kysten.

En del af Sandys berygtelse var relateret til den særegne venstre krok, stormen lavede før landgang, lad det ramme kysten vinkelret, fra øst. Historisk set storme i den region er typisk kommet op fra syd, straffer kystlinjen, når de rejser nordpå.

De foreløbige resultater af forskningen ved hjælp af HWCM fandt ud af, at stormvinkel har en betydelig indvirkning på stormflodseffekter, og at storme med vinkelrette tilgange frembringer større overspændinger og flere oversvømmelser inde i landet. De fandt også, imidlertid, at den nøjagtige placering af landgang også er vigtig, og at nogle områder af New Jersey -kysten var særligt sårbare over for stormflod, uanset indfaldsvinkel.

Bruyère har også brugt den nye modelleringsevne til at se på nogle af de mulige konsekvenser af klimaændringer, herunder storme, der dannes over varmere oceaner og storme, der vandrer poleward. I et tilfælde, holdet undersøgte, hvordan cykloner, der rammer det nordøstlige Australien, kan ændre sig, når havoverfladetemperaturerne bliver varme. De fandt tegn på, at øgede havoverfladetemperaturer fik simulerede storme til at trænge længere ind i landet, med mere nedbør og større vindfelter. Bruyère sagde, at mere forskning med HWCM kan hjælpe forskere med bedre at kvantificere de potentielle virkninger af klimaændringer på tropiske cykloner.

"Med denne model, vi kan se på storme, der ikke er i vores historie, "Bruyère sagde." Vi kan placere storme over varmere vand, end vi typisk har eller nær dele af kysten, hvor storme ikke typisk lander, men som kan blive påvirket i fremtiden. Resultaterne vil hjælpe os med at planlægge nogle af risiciene ved et forandret klima. "