Forskerholdet udvikler et effektbaseret prognosesystem til forbedret tidlig oversvømmelsesvarsling

Klimaændringer øger hyppigheden af ​​ekstreme begivenheder som oversvømmelser. Dette forstærker behovet for at udvikle metoder til mere præcis og hurtigere oversvømmelsesprognose for bedre at beskytte befolkningen i fremtiden.

Et forskerhold fra Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ) og det tyske forskningscenter for geovidenskab (GFZ) har præsenteret et oversvømmelsesprognosesystem i Nature Communications der giver ikke kun rettidige vandstande, men også dynamiske højopløselige oversvømmelseskort. Forskerne har været i stand til at kombinere forskellige prognosemodeller på en sådan måde, at de præcist kan forudsige oversvømmelser på individuelle bygninger.

I løbet af de seneste år er der sket store fremskridt i den spatiotemporale prognose af oversvømmelser. Det er således nu muligt at forudsige maksimale oversvømmelser ved placeringer af flodmålere. Indtil nu har estimater af virkningerne af oversvømmelser på byer og kommuner imidlertid kun været grove eller endda fuldstændig unøjagtige, især for folk ved de nedre floder, der rækker væk fra målesteder. Denne information er dog kritisk, da den berørte befolkning skal underrettes så hurtigt som muligt i forvejen for at iværksætte eventuelle nødvendige evakueringsforanstaltninger.

"Det, der er brug for, er et avanceret varslingssystem for tidlig oversvømmelse, der giver højopløselige oversvømmelsesprognoser rettidigt og indikerer virkningerne af oversvømmelsen på individuelle bygninger," siger seniorforfatter og UFZ-modeller prof. Luis Samaniego . Dette ville være en vigtig forbedring for krisestyring.

I et første trin i udviklingen af ​​det nye oversvømmelsesprognosesystem kombinerede forskerne fra de to Helmholtz-centre nedbørsprognoserne fra den tyske vejrtjeneste (NWP limited area ensemble prediction system) med den mesoskala hydrologiske model (mHM) udviklet ved UFZ. Denne model giver ikke kun information om vandudledning, men også information om tidsmæssig jordfugtighed - en af ​​de kritiske faktorer for udvikling af oversvømmelser.

Baseret på de tilgængelige data fra den katastrofale oversvømmelse i Ahr-dalen i juli 2021 og et ensemble-forudsigelsessystem med 20 medlemmer, var de i stand til at forudsige timelige oversvømmelsestopstrømme ved måleren Altenahr i en hindcast-tilstand. I denne tilgang estimerede de sandsynligheden for overskridelse af 50- eller 100-års oversvømmelserne.

Simuleringer afslørede, at 15 % af ensemblemedlemmerne ville have forudsagt en overskridelse af en 100-års oversvømmelse med en leveringstid på 47 timer og dermed næsten to dage før oversvømmelsens top i Ahr-dalen. Jo tættere begivenheden kom, desto større er sandsynligheden for, at det på det tidspunkt definerede 100-års niveau rent faktisk ville blive overskredet:75 % af alle ensemblemedlemmer forudsagde 100-års oversvømmelsen 17 timer før oversvømmelsestoppen, og endelig gjorde 100 % det. 7 timer i forvejen.

"Hvis 75 % af prognoserne i et ensemble forudsiger en 100-års oversvømmelse, er der stor sandsynlighed for, at det vil ske," siger hovedforfatter og UFZ-modeller Dr. Husain Najafi.

I det andet trin kombinerede Helmholtz-forskerne strømstrømmen genereret af mHM hydrologisk model med RIM2D hydrodynamiske oversvømmelsesmodel udviklet af GFZ Potsdam. RIM2D simulerer meget hurtigt oversvømmelsesdynamikken og udviklingen af ​​oversvømmelsesdybder. Denne model, med en rumlig opløsning på 10 meter x 10 meter, muliggør først timelige prognoser for oversvømmelsesområder og -dybder og afslører dermed, hvilke steder og i hvilket omfang specifikke bygninger, gader, jernbanesegmenter, hospitaler eller andre kritiske infrastrukturelementer vil blive påvirket af en oversvømmelseshændelse.

"De ansvarlige myndigheder og befolkningen har derfor ikke kun oplysninger om en mulig målervandstand 30 kilometer opstrøms, men også et højopløseligt oversvømmelseskort, der viser virkningerne af oversvømmelsen. De kunne for eksempel vide, hvor mennesker kan være i fare eller som skal evakueres," siger GFZ-hydrolog Dr. Sergiy Vorogushyn.

Den kombinerede prognosemodel fra UFZ og GFZ har bestået den første test i at rekonstruere den ekstreme oversvømmelse i Ahr-dalen. I en yderligere testfase, der starter denne sommer, vil den automatiserede modelkæde blive testet i realtid som en del af anden fase af Helmholtz Climate Initiative i to yderligere oplande af Fils- og Murr-floderne i Baden-Württemberg.

Hvis modelsystemet også består denne fase, kan det anvendes til områder med høj oversvømmelsesrisiko, især på grund af oversvømmelser. Dette kunne på afgørende vis styrke de eksisterende systemer for tidlig varsling af oversvømmelser og kunne udvide prognosernes horisont til at omfatte oversvømmelser. Dette kan i fremtiden reducere berørte befolkninger og skader på ejendom betydeligt.

Flere oplysninger: Husain Najafi et al., Højopløsnings-påvirkningsbaseret tidligt varslingssystem for flodoversvømmelser, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48065-y

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Helmholtz Association of German Research Centres