Forskere tilføjer virtuel rumlig forskydning til ekstreme oversvømmelser

Oversvømmelser påvirker flere mennesker på verdensplan end nogen anden naturlig fare, hvilket forårsager enorme skader, der forventes at stige i en opvarmende verden. Men mennesker og beslutningstagere i udsatte regioner er ofte uvillige til at forberede sig på usædvanligt alvorlige begivenheder, fordi de er svære at forestille sig og ud over deres erfaring.

I en nylig undersøgelse foreslår et team af forskere ledet af Bruno Merz og Sergiy Vorogushyn fra GFZ German Research Center for Geosciences en ny strategi for at motivere samfundet til at diskutere passende risikostyringsstrategier:De udvikler en række hypotetiske ekstreme oversvømmelser i Tyskland ved at flytte tidligere observerede nedbørshændelser med nogle få titusinder kilometer i rummet og derefter beregne deres virkninger ved hjælp af en oversvømmelsesmodel.

Sådanne scenarier er ikke usandsynlige, da den faktiske nedbør kunne være faldet flere dusin kilometer væk. Dette resulterer i begivenheder, der er mere end dobbelt så alvorlige som den mest ødelæggende oversvømmelse i Tyskland siden 1950. Det viser også, at regioner, der blev skånet i fortiden, ikke kan føle sig trygge, da de også kunne være blevet hårdt ramt af ødelæggelser. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Environmental Research Letters .

Baggrund:Ikke godt forberedt til ekstraordinære begivenheder

Oversvømmelser påvirker flere mennesker globalt end nogen anden naturlig fare. Alene oversvømmelserne i juli 2021 i Vesteuropa forårsagede mere end 220 dræbte og skader, i alt næsten 50 milliarder euro. På trods af de enorme virkninger af usædvanlige oversvømmelser i de seneste årtier og deres forudsagte hyppigere forekomst i fremtiden, er samfundet ofte uvilligt til at diskutere og forberede sig på sådanne begivenheder.

Undersøgelser har vist, at folk har svært ved at have empati med begivenheder, som de ikke selv har oplevet. De er da ikke gode til at forudsige de negative virkninger af alvorlige oversvømmelser. Og de har en tendens til at bedømme sandsynligheden for en begivenhed ud fra, hvor let de kan forestille sig det. Derudover har mennesker og organisationer generelt svært ved at tænke på truende kundeemner og føler sig utilpas ved at planlægge situationer, der ville skade dem selv.

Som et resultat bliver samfundet ofte overrasket og lidt forberedt, når begivenheder indtræffer, der er mere alvorlige end det, de tidligere har oplevet – med katastrofale konsekvenser.

"Den manglende beredskab til at tænke over og forberede sig på ekstraordinære oversvømmelser er bekymrende, da ekstraordinære begivenheder forventes at forekomme hyppigere i en varmere verden. Derfor er der behov for at udvikle exceptionelle scenarier, som ikke-eksperter også kan forstå," siger Bruno Merz, leder af hydrologisektionen ved GFZ German Research Center for Geosciences i Potsdam og professor i hydrologi ved University of Potsdam.

Ny tilgang:Virtuel rumlig forskydning af tidligere ekstreme begivenheder

Alvoren af ​​en hændelse beskrives ofte i form af returperioder, såsom 100- eller 1000-års oversvømmelsen. Dette udtrykker det faktum, at en begivenhed af denne sværhedsgrad kun indtræffer i gennemsnit hvert 100. eller 1.000. år. Sandsynligheden for, at dette sker i et givet år, er derfor 1:100 eller 1:1000. Dette koncept er dog ikke let tilgængeligt for lægfolk.

I stedet foreslår forskerholdet ledet af Bruno Merz og Sergiy Vorogushyn, seniorforsker i GFZ Hydrology Section, at bruge alternative rumlige scenarier. Disse såkaldte kontrafaktiske scenarier er alternative muligheder for tidligere begivenheder, dvs. scenarier, der ikke fandt sted, men som kunne være sket.

For at udvikle dem flyttede forskerne nedbørfelterne fra tidligere oversvømmelser og simulerede de konsekvenser, der ville have opstået, hvis stierne i lavtryksområderne, der forårsagede dem, havde taget en anden rute.

"Vi går ud fra, at det er let for selv lægfolk at forstå, at et lavtrykssystem, der forårsagede kraftig regn i en bestemt region, kunne have udviklet sig lidt anderledes. Som følge heraf kunne en region, der blev skånet på det tidspunkt, være blevet ramt og en den ramte region kunne være blevet ramt meget hårdere - så de var bare heldige på det tidspunkt," forklarer Merz.

Til deres undersøgelse udvalgte forskerne de ti mest skadelige oversvømmelser i Tyskland siden 1950 og flyttede nedbøren på det tidspunkt til tre afstande - 20, 50 og 100 kilometer - og otte retninger. Sådanne skift er velbegrundede i lyset af de involverede mekanismer:Banerne for nedbørsdannende lavtrykssystemer er domineret af ikke-lineære interaktioner på skalaer på ~1.000 kilometer eller mere.

Derfor kan nedbørfelterne for enkelte begivenheder også udvikle sig anderledes, hvis den overordnede meteorologiske situation er lidt anderledes. Disse 24 kontrafaktiske nedbørshændelser for hver af de ti største katastrofer blev indført i en oversvømmelsesmodel for at kvantificere oversvømmelsens alvor for de tilsvarende regioner i Tyskland.

Resultater ved hjælp af eksemplet med julefloden i 1993

Det viste sig, at skiftet i nedbør kan føre til meget mere alvorlige oversvømmelser end den faktiske begivenhed. Juleoversvømmelserne i 1993 tjener som eksempel:

Udbredt og delvist ekstrem nedbør i december 1993 førte til oversvømmelser langs Mellem- og Nedre Rhinen i julen 1993, hvilket førte til adskillige dødsfald og oversvømmelser i tre føderale stater. Alene i Köln blev mere end 13.500 husstande berørt. En kontrafaktisk oversvømmelse skyldes her en forskydning af nedbørsfeltet med 50 kilometer mod nordøst. Hvis regnen ville være faldet der, ville mange af de oversvømmelsesramte steder være blevet hårdere ramt.

Derudover ville mange steder, der er blevet skånet for kaos, være blevet ramt af flodvandstande, der overstiger oversvømmelsesforsvar.

Områder i Weser-flodbassinet, der kun var mildt påvirket i 1993, ville for eksempel have oplevet oversvømmelser, der var større end 100-års oversvømmelsen. Samlet set genererer de kontrafaktiske scenarier spidsudledninger ved mere end 70 procent af de 516 flodmål over hele Tyskland, der betragtes i denne undersøgelse, som overstiger de rekordoversvømmelser, der i øjeblikket er registreret der.

Outlook:Brug af kontrafaktiske scenarier til risikostyring

"I betragtning af at risikostyring har en tendens til at fokusere på de største observerede oversvømmelser, er den lethed, hvormed vores tilgang genererer mange nye oversvømmelser af rekorder, foruroligende," opsummerer Merz.

"Vores nye tilgang er i stand til at generere plausible usædvanlige scenarier, der kunne bruges til at kommunikere oversvømmelsesrisiko til lægfolk og understøtte oversvømmelsesrisikostyring. Selvom skader ikke helt kan forhindres, når ekstraordinære oversvømmelser opstår, kan risikostyring begrænse katastrofale konsekvenser," tilføjer Sergiy Vorogushyn .

For eksempel kan prognoser, tidlig varsling og evakueringsordninger forhindre dødsulykker. Fysisk planlægning og infrastrukturforvaltning kan sikre, at følsom infrastruktur, såsom plejehjem for ældre, og kritisk infrastruktur, såsom kraftværker, enten ikke er placeret i farlige zoner eller er beskyttet mod oversvømmelse.

Derudover kan infrastrukturstyring designe backup- og redundansforanstaltninger til kontinuerlig drift under oversvømmelse og udvikle foranstaltninger, der muliggør en hurtig tilbagevenden til minimumsserviceniveauer, hvis en fejl ikke kan forhindres.

Flere oplysninger: Bruno Merz et al., Rumlige kontrafakta for at udforske katastrofale oversvømmelser, Environmental Research Letters (2024). DOI:10.1088/1748-9326/ad22b9

Journaloplysninger: Miljøforskningsbreve

Leveret af Helmholtz Association of German Research Centres