颶風桑迪動畫或可改進洪水預報

來自桑迪的資料正在改進模型,這些模型可以預測風暴潮並精確定位風暴屏障的地點

一年前的今天,超級風暴桑迪襲擊紐約和新澤西后不久,公眾意識到美國有六個天氣模型錯誤地預測了這場沿海岸而來的風暴將向東北方向轉向大海。只有所謂的歐洲模型預測桑迪會“左轉”,威脅到美國人口最多的城市和周圍都市區的海岸。關於另一組試圖預測風暴潮高度的模型,以及大致指導多少沿海陸地可能被淹沒的資訊,則鮮為人知。最好的預報給出了很大的範圍:6到11英尺。

毋庸置疑,11英尺的洪水與6英尺的洪水大相徑庭。而且任何風暴潮的高度在許多英里的海岸線上區域性變化。科學家們現在正在使用關於桑迪的資料,試圖建立能夠更好定義即將到來的風暴潮的預報,並可以幫助城市規劃者和工程師弄清楚哪些型別的屏障可能減少未來的洪水。

菲利普·奧頓是其中一位科學家,他是位於新澤西州霍博肯市史蒂文斯理工學院的海洋工程師。霍博肯市是一個約有 50,000 人的城市,位於紐約市都市區,桑迪風暴曾將其淹沒在八英尺深的鹽水中。他和他的同事們已經對這場風暴的物理特性進行了分解,試圖理解它。“我們在東北地區很少遇到颶風,”奧頓說。“桑迪是一個絕佳的機會。”


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基本上,奧頓和他的同事們分離了可能導致海水上漲的不同因素,例如大氣壓的變化、風向、潮汐、湧入海洋的河流。然後,他們對這些因素分別建模,並將它們重新組合在一起,以試驗每個引數的變化。結果之一是動畫,這些動畫再現並準確地描述了桑迪的洪水;其中兩個動畫可以在下面看到。

風和氣壓積聚風暴潮。在桑迪登陸前的幾天裡,從東北方向跨越大西洋吹來的風(箭頭)開始將海水堆積在中大西洋沿岸。隨著桑迪本身逼近,從風暴周圍的高壓區域到低壓中心的大氣壓(黑線)梯度導致風暴下方的水面上升,那裡的壓力要低得多。動畫從 10 月 26 日下旬開始,一直持續到 10 月 29 日晚上 10 點左右桑迪風暴潮達到陸地峰值,以及之後。大圖顯示了整個區域的風暴潮,對映到經度和緯度上。插圖圖表顯示了曼哈頓旁新澤西州桑迪胡克海岸的風暴潮高度(以米為單位),地圖上的顏色顯示了整個區域的風暴潮高度(右側的比例尺)。不包括潮汐資訊。 

奧頓的團隊正在準備一份關於結果的論文,並且已經與其他風暴建模小組(包括荷蘭公司 Arcadis 和美國國家颶風中心)交換意見。該中心提供的預警給出了當地區域可能出現的風暴潮高度範圍,但新的見解可能會促成可以更具體地預測洪水的模型,“逐個社群”奧頓希望如此。這種程度的細節可以幫助當局決定在特大風暴來臨時在何處下達疏散命令。

奧頓說,未來,改進的風暴潮模型可以預測在未來的海平面上升情況下應劃定哪些洪泛區,目前聯邦緊急事務管理局正在使用過去風暴的資料在全國範圍內進行這項工作。這些模型還可以預測擴大的溼地或進入海灣和河口的較淺通道是否可以減少風暴潮——目前正在對牙買加灣進行分析,牙買加灣面積很大且破敗不堪,與紐約市皇后區和布魯克林區(桑迪風暴嚴重破壞的兩個區)的很大一部分接壤。

這些模型還可以用於評估在各大城市外建造巨大的、人為屏障是否能夠阻擋洪水,以及它們是否會使毗鄰這些結構的社群的洪水情況惡化。特別是,這類工作可以幫助科學家、工程師和政府官員決定是否建造一個有爭議的外港門戶屏障,該屏障將連線皇后區和新澤西州,以阻止風暴潮進入更大的紐約都會區。
 

霍博肯市如何被淹沒。桑迪在夜間襲擊,很難看到洪水進入社群的入口點。此動畫顯示了 10 月 29 日晚上(29/12 至 30/00 之間)洪水從哈德遜河西側曼哈頓對面的霍博肯市進入的地點,洪水如何流過陸地以及水位有多深。緩慢而仔細地觀看動畫可能會為在何處建造可以防止未來洪水的屏障提供有力的線索。桑迪的風暴潮僅通過幾百米長的海岸線進入城市,在影像的頂部和底部可見。城市中的水深顯示在右側的條形圖上(以英尺為單位)。哈德遜河在霍博肯市旁邊的水位隨時間變化顯示在底部(十月日期/一天中的小時)。 

Mark Fischetti has been a senior editor at 大眾科學 for 17 years and has covered sustainability issues, including climate, weather, environment, energy, food, water, biodiversity, population, and more. He assigns and edits feature articles, commentaries and news by journalists and scientists and also writes in those formats. He edits History, the magazine's department looking at science advances throughout time. He was founding managing editor of two spinoff magazines: 大眾科學 Mind and 大眾科學 Earth 3.0. His 2001 freelance article for the magazine, "Drowning New Orleans," predicted the widespread disaster that a storm like Hurricane Katrina would impose on the city. His video What Happens to Your Body after You Die?, has more than 12 million views on YouTube. Fischetti has written freelance articles for the New York Times, Sports Illustrated, Smithsonian, Technology Review, Fast Company, and many others. He co-authored the book Weaving the Web with Tim Berners-Lee, inventor of the World Wide Web, which tells the real story of how the Web was created. He also co-authored The New Killer Diseases with microbiologist Elinor Levy. Fischetti is a former managing editor of IEEE Spectrum Magazine and of Family Business Magazine. He has a physics degree and has twice served as the Attaway Fellow in Civic Culture at Centenary College of Louisiana, which awarded him an honorary doctorate. In 2021 he received the American Geophysical Union's Robert C. Cowen Award for Sustained Achievement in Science Journalism, which celebrates a career of outstanding reporting on the Earth and space sciences. He has appeared on NBC's Meet the Press, CNN, the History Channel, NPR News and many news radio stations. Follow Fischetti on X (formerly Twitter) @markfischetti

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