En perfekt storm:Vurderer den dødelige virkning af klimadrevne oversvømmelser og cyberangreb

Samfundet er nu i en æra, hvor klimaændringer og cyberusikkerhed er regelmæssige trusler mod liv og ejendom. Samtidig har de to potentiale til at være særligt dødelige.

"Der er beviser for, at klimaændringer øger risikoen for oversvømmelser, og tabene på grund af disse oversvømmelser vokser hvert år," siger Y.C. Ethan Yang, lektor i civil- og miljøteknik (CEE) ved Lehigh University's P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science. "Forskere er begyndt at tænke på sammensatte problemer, der yderligere forværrer oversvømmelser, som når en orkan efterfølges af kraftig nedbør."

Yang og hans team, som omfattede Chung-Yi Lin '23 Ph.D. (nu postdoc ved Virginia Tech) og Lehigh CEE-fakultetsmedlem Farrah Moazeni, var interesseret i at studere det et-to-slag, og især, "hvad der sker, når en naturkatastrofe og en menneskeskabt katastrofe sker samtidigt."

I deres tilfælde var den menneskeskabte katastrofe et cyberangreb. Resultatet af deres undersøgelse, "Flood Risks of Cyber-Physical Attacks in a Smart Storm Water System," blev for nylig offentliggjort i Water Resources Research .

Forskerne ønskede at forstå, hvor sårbart et smart regnvandssystem kunne være over for et cyberangreb, når det samme system samtidigt håndterede storm-inducerede oversvømmelser.

"Idéen med den smarte by er fantastisk, men den åbner døren for hackere," siger Yang. "Vi ville vide, i hvilket oversvømmelsesscenarie en hacker kunne forårsage mest skade."

Yang og hans team brugte historiske data fra regnvandsstyringssystemet i Bethlehem Township, Pennsylvania, til at bygge en hydrologisk model til at simulere oversvømmelser. De udviklede også en angrebsmodel, der efterlignede, hvordan en hacker kunne interferere med systemet, for eksempel ved at åbne eller lukke porte, der kontrollerer vandstanden i retentionsdamme.

De kombinerede dataene med modellerne for at køre simuleringer under forskellige klimaændringspåvirkningsscenarier (f.eks. virkningen af ​​stadigt højere gennemsnitlige globale temperaturer) for at evaluere de forhold, hvor en hacker kan have den største indvirkning på et regnvandssystem og derved øge et samfunds risiko for oversvømmelse.

"Vi fandt ud af, at hvis en oversvømmelseshændelse er stor nok, siger, at der er en kategori 5-orkan, vil en hacker ikke øge risikoen, for systemet vil alligevel oversvømme," siger Yang.

"Den mest sårbare tilstand er dog under oversvømmelser på lavt til mellemniveau. Systemet burde være i stand til at håndtere disse hændelser. Men hvis nogen med vilje åbner en låge på det forkerte tidspunkt, vil det overvælde systemet og forårsage en oversvømmelse. nedstrøms. Vi var i stand til at kvantificere og vise denne yderligere oversvømmelsesrisiko forårsaget af et cyberangreb."

Resultaterne har allerede foranlediget to yderligere projekter:Det ene vil undersøge, hvordan man forhindrer sådan interferens, og det andet vil undersøge de kaskadeeffekter i et oversvømmet samfund, specifikt hvordan forskellige grupper af mennesker påvirkes.

"Vi ved, at velhavende mennesker har en tendens til at lide større tab i form af absolutte tal," siger han. "Men socialt sårbare grupper har en tendens til at lide en større procentdel af det samlede tab."

Yang håber, at den matematiske ramme, han og hans team udviklede til dette projekt, vil blive overtaget af andre samfund over hele landet og rundt om i verden.

"Vi har udviklet en procedure, som nu kan give enhver kommune mulighed for at identificere sårbarhederne i deres regnvandssystemer," siger han. "Så længe du har dataene, er metoden universel."

Flere oplysninger: Chung-Yi Lin et al., Oversvømmelsesrisici for cyber-fysiske angreb i et smart stormvandssystem, Vandressourceforskning (2024). DOI:10.1029/2023WR034827

Journaloplysninger: Vandressourceforskning

Leveret af Lehigh University