Може ли компютрите да предоставят краткосрочни предупреждения за най-тежките наводнения в света?

Хиляди в Мозамбик са изместени от Циклон Айдай, един от най-големите, засегнати от наводненията.

MIKE HUTCHINGS / REUTERS

Може ли компютрите да предоставят краткосрочни предупреждения за най-тежките наводнения в света?

От Джефри БрайнардМар. 29, 2019 г., 13:00 ч

Наводненията бяха унищожени в Съединените щати и Мозамбик този месец, подчертавайки борбата, с която се сблъскват учените при прогнозирането, къде ще се разпространи високото количество вода. В Съединените щати над средните стойности на валежите помогнаха за подуване на река Мисури до рекордни нива, наводняване на хиляди домове и унищожаване на ферми. И прогнозите предупреждават, че 200 милиона американци и 25 щата могат да се сблъскат с по-нататъшно наводнение по-късно тази пролет.

Много жители на САЩ биха могли да бъдат изненадани да намерят вода на вратите си поради недостатъци в картите на долината, които американските агенции използват за идентифициране на рискови райони, казва Оливър Уинг, аспирант по наука за риска от наводнения в университета в Бристол в Обединеното кралство, Картите предполагат, че 13 милиона американци биха могли да бъдат засегнати от наводнение веднъж във века, но реалният брой вероятно е над 40 милиона, ако картите се актуализират с помощта на топографски данни с висока разделителна способност, Wing и колегите му отчетоха последно година в Писма за екологични изследвания.

Заплахата от висока вода се разпростира в световен мащаб. До 2030 г. it s изчислява, че 40% от световната градска земя ще бъде във високочестотни наводнения. В Мозамбик стотици загинаха този месец, след като проливен дъжд от циклонен дъжд наводни повече от 2000 квадратни километра. Според изследователите, таксата може да е по-ниска, ако държавните служители имат достъп до по-добри модели на наводнения, които биха могли да помогнат за подобряване на краткосрочните предупреждения и дългосрочното планиране.

Уинг и негов колега, Ендрю Смит, говориха пред ScienceInsider за техническите недостатъци в картите на реките и техните собствени усилия за създаване на по-добри глобални модели на риск от наводнения. Смит е главен оперативен директор във Fathom, консултантска фирма, стартирана от изследователи от университета в Бристол, която предоставя данни и прогнози за наводнения на клиенти, включващи застрахователни компании, NASA, Nature Conservancy и Световната банка.

Въпрос: Защо картите на заплавите в САЩ, направени от Федералната агенция за управление на извънредни ситуации (FEMA), прогнозират по-точно къде ще нанесат големи наводнения?

OW: Те използват техники, които са доста датирани. Ръцете им са вързани, тъй като по конгрес са назначени да съставят карти по този начин. Те изграждат карти от наводнения от горе за всеки речен басейн въз основа на много скъп, инженерен клас наводнения модел. Това би било много добре, ако беше направено наскоро и се използват съвременни методи. Но в много случаи те просто не разполагат с ресурси за това. Картите FEMA показват заливната повърхност на наводнение от един век. Това е произволна вероятност. Но моделите, които построихме, позволяват много по-подробна картина. Можете да разгледате целия спектър от малки до големи наводнения.

Въпрос: Какви са перспективите за по-точни прогнози за наводнения в САЩ и в световен мащаб?

КАТО: Имаше революция в способността ни да изграждаме модели за наводнения през последните 5 години. We ve преминаха от модели за изграждане на наистина малки мащаби до модели на цели континенти. Това е полезно в САЩ, защото ни позволява да попълним празнините, където FEMA вероятно няма данни. От глобална гледна точка, това наистина е вълнуващо, защото ни позволява да изграждаме модели в райони, където няма просто данни, на места като Мозамбик.

Революцията беше обусловена от по-добри данни за терена, напредък в способността ни да обработваме и прилагаме съществуващи данни и изчислителна бързина благодарение на по-добрия хардуер и алгоритми. Основните и най-критични набори от данни при изграждането на модел на наводнението са с точна карта на земната повърхност [кота]. Водата тече надолу, така че ако нямате точна карта, тогава ще изградите доста груб модел наводнения.

OW: Геологическото проучване на САЩ събира тази информация и това е доста добре в повечето от САЩ Къде съществуват тези данни на FEMA и къде са били изградени през последните няколко години, използвайки подробни методи, нашият американски модел сравнява доста благоприятно с него и произвежда подобен отговор.

AS: За съжаление, в реално време липсва инвестиция в набори от данни за терена в световен мащаб. Понастоящем наборът от данни, който използваме за глобално моделиране на наводнения, се основава на мисията на радарната топография [Shuttle Radar] [SRTM]. Това е 20-годишен набор от данни на радари. Пълно е с грешки, които буквално отнеха 20 години, за да се изгладят. Имаше цял набор от изследвания, за да направи SRTM използваем при модели на наводнения. Появи се ново научно поле при обработката на този специфичен набор от данни за терена. Той все още е далеч зад това, което имаме в по-голямата част от САЩ и наистина повечето части на Западна Европа, където имаме на разположение данни за лазерен висотомер.

Има няколко различни глобални модела, които се произвеждат от различни изследователски центрове. И някои изследвания, направени преди няколко години, сравнявайки първото поколение на тези модели, идентифицират факта, че те произвеждат много различни реализации на глобалния риск от наводнения. Като се има предвид, че това са модели от първо поколение, това може би не е изненадващо, тъй като всеки използва различни методи. Надяваме се обаче, че през следващите години ще има сближаване.

Надяваме се също, че в един момент някой ще изгради точни набори от глобални данни за терена и ще ги направи свободно достъпни. Прогнозите предполагат, че можем да изградим усъвършенстван глобален набор от данни за терен за значително по-малко от повечето сателитни мисии.

В: Как тези карти ще подобрят краткосрочните прогнози за извънредни ситуации?

OW: Една реална проекция на това къде ще отиде водата в реално време е нещо, което не се прави много често. И това е така, защото това е доста интензивно да се правят изчисления. Новите модели са достатъчно бързи и точни, за да предоставят информация в реално време. Всъщност можем да дадем представа каква е степента на наводнение след 3 дни, 1 ден и тази информация ще бъде безценна. В момента е в начален стадий, но сега съществува моделната рамка, за да позволи това да се случи.

В: Как по-добрите модели наводнения ще подобрят дългосрочното планиране на наводнения?

OW: Инструментите, които изграждаме, разширяват информацията, която FEMA може да предостави, тъй като ние не сме ограничени от стогодишния наводнение, което е само едно виждане за днешния риск. Ние можем да изготвим карти за наводнения за всеки интервал на повторение, обхващащ обхвата от невероятно честото наводнение, което има 20% шанс да се случи през дадена година, чак до наводнение с ниска вероятност с огромна степен, което би било еднопосочно събитие от 1000 години.

Въпросът как на Земята се справя с това от мениджърите на извънредни ситуации и общностите, за да управляват ефективно този риск, вероятно е дори по-голяма задача от науката.

AS: Едно от хубавите неща на нашия модел е, че всяка година, когато имаме нови наблюдения, можем да стартираме модела отново и да имаме актуализирана оценка и визуализация на това как изглежда събитието от 100 години наводнение. Защото 100-годишното събитие днес ще изглежда много различно от това, което изглеждаше преди 10 години, просто защото имаме повече точки от данни.