Fra modstandsdygtighed til tilpasning:Sagen om orkaner

Naturkatastrofer bliver værre. Ifølge data fra National Oceanic and Atmospheric Administration for årene 2016, 2017 og 2018 har været historiske:i hvert af disse år, det gennemsnitlige antal katastrofer, der kostede mindst 1 milliard dollars, var mere end det dobbelte af det langsigtede gennemsnit. I takt med at antallet og omkostningerne ved katastrofer fortsætter med at stige, lokalsamfund søger efter måder at tilpasse sig og blive mere modstandsdygtige.

Et robust samfund, som defineret af National Academy of Sciences, skal være i stand til at forberede og planlægge, komme sig, og bedre tilpasse sig faktiske eller potentielle katastrofer. Resiliens kan vurderes i forhold til robustheden af ​​et samfunds fysiske infrastruktur, hvordan dens sociale reaktion er organiseret, tabsrater og succesen med dens offentlige politikker. Disse systemer er forbundet, med en forstyrrelse i én, der forplanter sig gennem mange, påvirker den overordnede modstandskraft.

Forskere inden for katastrofevidenskab studerer alle disse systemer - dog det er et stort felt, og specialister er ofte opdelt. University of Michigan Civil and Environmental Engineering forskere, ledet af professor Sherif ElTawil, udviklede Interdependencies in Community Resilience-projektet (ICoR) for at nedbryde barriererne, samle alle disse data, og gør det muligt for forskere at se det fulde billede. Dette er et grundlæggende skridt i retning af at opbygge samfund, der er modstandsdygtige over for katastrofer.

El-Tawil forklarede, "Overvej en orkan. De forskellige aspekter af en orkankatastrofe kan repræsenteres af specifikke modeller, for eksempel, vindtrykket, bygge respons, folks adfærd, osv. Alle disse modeller kan fås til at arbejde sammen med hinanden for at repræsentere det overordnede katastrofescenarie. Det er det, der er så unikt ved dette projekt:det giver mulighed for at udføre det højeste niveau af integrativ forskning."

For at imødegå den komplekse karakter af det problem, der behandles, ICoR-projektteamet omfatter eksperter inden for en række forskellige områder. CEE-professor Vineet R. Kamat og lektor Jason McCormick fungerer som vicedirektører, og CEE-lektor Carol Menassa og adjunkt Seymour Spence fungerer som co-Principal Investigators. Fokus for dette projekt er at udvikle en beregningsplatform, som forskere fra forskellige discipliner kan bruge til at tilslutte deres modeller og arbejde sammen om et katastrofescenarie. Dette projekts integrerende platform vil tjene som bindeled mellem forskningsmodellerne fra forskellige områder.

Brugere vil være i stand til at indlæse individuelle beregningsmodeller og simuleringer fra flere discipliner til platformen og køre dem samtidigt. Dette vil give mulighed for at udforske de komplekse interaktioner, der finder sted mellem forskellige systemer før, under og efter naturkatastrofer. "Dette var ikke noget, vi kunne have gjort tidligere, fordi vi bare ikke havde computerkraften, " sagde Spence. "Disse er meget indviklede, indbyrdes afhængige beregninger, som vi nu er i stand til at udforske." Platformen kan bruge etablerede modeller og giver også mulighed for at skabe nye disciplinspecifikke modeller, åbner døren til videnskabelige opdagelser, der kan påvirke den måde, vi planlægger mod naturkatastrofer som orkaner.

Som Spence forklarede, "Orkaner er blandt de dyreste naturlige farer for at påvirke USA, med tab langt over 300 milliarder dollars over de seneste fem år. Vi ønskede at teste samfundsrestitution i sammenhæng med modstandskraft ved hjælp af en ny orkangendannelsesmodel. Da vi integrerede denne model gennem platformen med en eksisterende fysik-baseret sårbarhedsmodel, vi var i stand til at kvantificere modstandsdygtigheden af ​​et boligsamfund, der er underlagt kategori 5-orkaner. Det er denne type information, der i sidste ende kan føre til strategier for langsigtet tilpasning af samfundet til faren."

Data er kraftfuldt, men det er ikke let at kommunikere rå tal. Så forskerholdet skaber 3-D visuelle simuleringer, der kan køre i realtid, ved hjælp af data beregnet fra ekstern software. Disse hjælper med at formidle holdets resultater til offentligheden, gør det lettere at forstå og stole på modellen. En nyere model skildrer virkningen af ​​stærke vinde på et kvarter af huse, som opgjort af ph.d. studerende Ahmed Abdelhady. "Disse billeder er meget slående, " sagde Abdelhady. "Du kan se den truende himmel, regnen siler ned, tagstenene flyver af bygninger. Det hjælper dig virkelig med at visualisere den potentielle skade på fællesskabet og komme med mulige løsninger til at forbedre fællesskabets modstandskraft."

At formidle denne information til lokalsamfund er en vigtig del af ICoR-projektet. Målet er, at lokalsamfund skal kunne bruge modellen til at simulere, hvordan en katastrofe ville påvirke dem. Det kan hjælpe med at identificere huller og vise, hvordan forskellige løsninger (f.eks. brugen af ​​orkanclips til at styrke forbindelsen mellem bygningens tag og dens væg, et af de svageste punkter i træbygninger) kunne hjælpe med at udfylde disse huller.

"Den mest kraftfulde egenskab ved disse modeller er deres evne til at forudsige, " sagde Abdelhady. "Du kan forudsige resultatet af alle foreslåede afværgeplaner, brug derefter en optimeringsalgoritme til at prioritere dem og finde den bedste kombination." El-Tawil uddybede, "For eksempel, du kan se, at en løsning koster 5 millioner dollars og ville forbedre samfundets modstandskraft med fem procent, men en anden løsning koster $1 million og vil forbedre modstandsdygtigheden med 10 procent. Med disse simuleringer giver dig den slags data, lokalsamfund kan informere, ansvarlige beslutninger om foreslåede forbedringer.