[미국] MIT, 분포에서 손해 케인으로 인한 사건 위험 예측

과로기 때문에 플러스 지역의 전설적인 전설이 금세기 말까지 30년 정도 증가했습니다.

해당 연구 『미국 기상학회 회보(American Meteorological Society)』에 게재

미스터리한 존재는 기후가 따뜻해짐에 따라 지켜보는 동안 더킹디와 같은 미스터리를 경험할 수 있는 재미있는 현재의 기후에서 150년에 한 번, 2050년까지 60년에 한 번, 그리고 마다 2099년까지 30년 한 번 으로 크게 증가시키겠다고 알리려고 [사진출처 = Massachusetts Institute of Technology]

해안 도시와 지역 사회는 기후 변화로 인해 더 자주 발생하는 경향에 있을 것입니다. MIT는 지역의 미래케인에 직면해 있기 때문에 지역 사회가 준비할 수 있도록 배려하고, 응원하면서 허리케인으로 인해 해안에 이상한 많은 이야기가 나올지 예측하는 도구를 개발했습니다. 

허리케인이 상륙할 때 함께 참여하는 강풍은 수중을 휘저어 지역 해안에 폭풍을 일으키고 있습니다. 볼트가 볼트로 이동함에 따라, 폭으로 인해 내륙에 더 많은 기록이 발생할 수 있습니다.

폭풍 해일과 강우와 같은 수많은 스토리원이 결합할 때, 그들은 허리케인의 위험을 가중생각나게 하는 한 가지 스토리원에서 발생하는 것보다 훨씬 더 많은 이야기를 나눌 수 있습니다.

새로운 연구는 흩어지는 구조 하에서 외부 구조물과 구조물의 미스터리가 발생할 수 있는지 예측하기 위해 참조 기반 방법을 소개합니다.

2012년에 잊혀진 사건이 겹쳐지는 사건의 영향의 한 예다. 허리케인 샌디가 미국 동부 해안에 상륙했을 때, 강풍은 붐비는 해일을 흡수고, 일부에서 지역의 강우로 인한 흔적과 결합해 뉴욕과 뉴저지 전역에 역사를 분산시키는 미스터리한 클러스터다.

MIT는 충돌하는 모습이 보이도록 년 동안 더킹디와 같은 허리케인으로 거대한 부품의 위험에 어떻게 영향을 미칠지 예측하기 위해 새로운 부품 구성 방법을 뉴욕에 적용했습니다.  

그들은 오늘날의 기후에서 샌디 수준의 복합 홍수가 150년마다 뉴욕시를 강타할 가능성이 높다는 것을 발견했다. 21세기 중반까지, 따뜻한 기후는 그러한 홍수의 빈도를 60년에 한 번으로 증가시킬 것이다. 세기 말에는 샌디 수준의 홍수가 30년마다 도시를 휩쓸 것이다. 이는 현재 기후와 비교했을 때 5배나 증가한 수치다.

케리 엠마누엘(Kerry Emanuel) 연구의 공동 저자이자 MIT 대기과학(atmospheric science at MIT) 명예교수는 “기상 위험으로 인한 장기적인 평균 피해는 허리케인 샌디와 같은 희귀하고 강렬한 사건에 의해 지배된다“며 ”이를 올바르게 이해하는 것이 중요하다“고 말했다.

연구팀의 이번 공개 연구는 지난 1월 24일(현지 시간) 『미국 기상학회 회보(American Meteorological Society)』에 온라인으로 게재됐다. 공동 저자로는 MIT 로렌츠 센터(MIT’s Lorenz Center)의 라파엘 루소-리지(Raphaël Rousseau-Rizzi), 컬럼비아 대학(Columbia University)의 카일 맨들리(Kyle Mandli), 브리스톨 대학(University of Bristol)의 제프리 닐( Jeffrey Neal), 마드리드 찰스 3세 대학(Charles III University of Madrid)의 마이클 와이퍼(Michael Wiper), 스위스 연방 공과대학 로잔(Swiss Federal Institute of Technology Lausanne)의 모니카 펠드만(Monika Feldmann) 등이 참여했다.

기상 모델은 일반적으로 지역의 홍수 위험을 예측하기 위해 과거의 사건을 연구한다. 역사적 기록에는 이전 허리케인의 풍속, 강우량, 공간적 범위에 대한 측정 값이 포함되어 있으며, 과학자들은 이를 사용해 미래 폭풍으로 홍수가 발생할 수 있는 위치와 정도를 예측한다. 

그러나 사르하디는 이러한 역사적 기록의 한계와 간결성이 미래 허리케인의 위험을 예측하는 데 충분하지 않다고 말한다. 사르하디는 “만약 우리가 긴 역사적 기록을 가지고 있다고 해도, 그것들은 미래의 위험에 대한 좋은 지침이 될 수 없다“라며 ”기후변화는 허리케인의 구조적 특징, 빈도, 강도, 움직임을 변화시키고 있으며, 우리는 과거에 의존할 수 없다“ 고 말했다.

사르하디와 동료들은 그 대신 물리학 기반의 위험 평가 방법론을 사용해 변화하는 기후에서 허리케인 홍수의 위험을 예측했다. 

그들은 먼저 허리케인 활동 시뮬레이션을 시간 경과에 따른 해양 및 대기 모델과 결합했다.

엠마누엘이 개발한 허리케인 시뮬레이션을 사용해 연구원들은 수만 개의 허리케인 "씨앗"을 모의 기후에 가상으로 뿌렸다. 대부분의 씨앗은 소멸된 반면, 일부 씨앗은 해양과 대기의 조건에 따라 범주 수준(category-level)의 폭풍으로 성장했다.

특정 지구 온도 예측에 따른 해양 및 대기 조건의 기후 모델을 사용해 이러한 허리케인 시뮬레이션을 구동하면 허리케인이 과거, 현재 및 미래의 기후 조건에서 강도, 빈도 및 크기 측면에서 어떻게 변화하는지 볼 수 있다.

그런 다음 연구팀은 해안 도시에서 발생할 미래의 허리케인으로 인한 복합 홍수의 수준과 정도를 정확하게 예측하고자 했다. 

연구원들은 먼저 강우 모델을 사용해 많은 수의 모의 허리케인에 대한 강우 강도를 시뮬레이션 한 다음 수치 모델을 적용해 허리케인이 상륙하는 기간 동안 표면 및 지형 특성과 같은 지역에 대한 정보를 더해 강우 강도를 지상의 홍수로 수력학적으로 변환(hydraulically translate)했다.

또한 유체역학 모델을 사용해 허리케인의 최대 풍속과 해수면 압력을 해안 지역의 해일 높이로 변환해 동일한 허리케인에 대한 폭풍 해일 수준을 시뮬레이션했다. 시뮬레이션은 해수가 해안 지역으로 전파되어 해안 홍수를 일으키는 것을 추가로 평가했다.

그런 다음, 연구팀은 모의 허리케인이 현재와 미래 기후에서 뉴욕시와 같은 해안 지역에 상륙할 때 폭풍 해일과 강우로 인한 홍수 같은 두 가지 홍수원이 시간과 공간을 통해 어떻게 상호 작용할지 예측하는 수치 유체역학 모델을 개발했다.  

사르하디는 "해일로 인한 홍수와 강우로 인한 홍수 사이에는 복잡하고 비선형적인 유체역학적 상호작용이 있으며, 이는 기존의 많은 방법이 무시하는 복합 홍수를 형성한다“고 말했다.

홍수 예측 방법을 마련한 팀은 이를 특정 테스트 사례인 뉴욕시에 적용했다. 그들은 현재와 미래의 기후에서 허리케인, 특히 샌디와 같은 허리케인으로부터 도시의 복합 홍수 위험을 예측하기 위해 다각적인 방법을 사용했다. 

그들의 시뮬레이션은 기후가 따뜻해짐에 따라 향후 수십 년동안 샌디와 같은 홍수를 경험할 확률이 현재의 기후에서 150년에 한 번, 2050년까지 60년에 한 번, 그리고 2099년까지 30년마다 한 번으로 크게 증가할 것이라고 보여줬다. 

또한 그들은 이러한 위험 증가의 상당 부분이 온난화에 따라 허리케인이 어떻게 변화할 것인지 보다는 전 세계적으로 해수면이 어떻게 증가할 것인지와 관련이 있다는 것을 발견했다.

사르하디는 "앞으로 수십 년 안에 해안 지역에서는 해수면 상승을 경험할 것이며, 그러한 현상이 복합 홍수의 위험을 얼마나 증가시킬지 보기 위해 모델에 통합했다"라고 설명했다. 

사르하디는 "실제로 해수면 상승이 뉴욕시의 허리케인으로 인한 복합 홍수의 위험을 증폭시키는 데 중요한 역할을 한다"고 말했다. 

이 팀의 방법론은 허리케인과 열대성 폭풍으로 인한 복합 홍수의 위험을 평가하기 위해 모든 해안 도시에 적용될 수 있다. 사르하디는 “이러한 접근 방식을 통해 의사결정자들이 인프라 및 지역 사회 복원력을 강화하기 위해 해안 방어를 강화하는 것과 같은 적응 조치의 구현과 관련해 정보에 입각한 의사결정을 할 수 있기를 희망한다”고 말했다.

사르하디는 "금세기 중반까지 해안 인구가 25% 증가할 것으로 예상돼 파괴적인 폭풍에 대한 노출이 증가할 것으로 예상된다”라며 “홍수 취약 지역인 해안 지역에서 허리케인으로 인한 복합 홍수 피해를 줄이기 위한 사전 예방적 전략이 필요하다”고 강조했다.

이 연구는 부분적으로 홈사이트 인슈어런스(Homesite Insurance)의 지원을 받았다.  

[원문보기]

New tool predicts flood risk from hurricanes in a warming climate

 

Using New York as a test case, the model predicts flooding at the level experienced during Hurricane Sandy will occur roughly every 30 years by the end of this century.

Coastal cities and communities will face more frequent major hurricanes with climate change in the coming years. To help prepare coastal cities against future storms, MIT scientists have developed a method to predict how much flooding a coastal community is likely to experience as hurricanes evolve over the next decades.

When hurricanes make landfall, strong winds whip up salty ocean waters that generate storm surge in coastal regions. As the storms move over land, torrential rainfall can induce further flooding inland. When multiple flood sources such as storm surge and rainfall interact, they can compound a hurricane’s hazards, leading to significantly more flooding than would result from any one source alone. The new study introduces a physics-based method for predicting how the risk of such complex, compound flooding may evolve under a warming climate in coastal cities.

One example of compound flooding’s impact is the aftermath from Hurricane Sandy in 2012. The storm made landfall on the East Coast of the United States as heavy winds whipped up a towering storm surge that combined with rainfall-driven flooding in some areas to cause historic and devastating floods across New York and New Jersey.

In their study, the MIT team applied the new compound flood-modeling method to New York City to predict how climate change may influence the risk of compound flooding from Sandy-like hurricanes over the next decades.  

They found that, in today’s climate, a Sandy-level compound flooding event will likely hit New York City every 150 years. By midcentury, a warmer climate will drive up the frequency of such flooding, to every 60 years. At the end of the century, destructive Sandy-like floods will deluge the city every 30 years — a fivefold increase compared to the present climate.

“Long-term average damages from weather hazards are usually dominated by the rare, intense events like Hurricane Sandy,” says study co-author Kerry Emanuel, professor emeritus of atmospheric science at MIT. “It is important to get these right.”

While these are sobering projections, the researchers hope the flood forecasts can help city planners prepare and protect against future disasters. “Our methodology equips coastal city authorities and policymakers with essential tools to conduct compound flooding risk assessments from hurricanes in coastal cities at a detailed, granular level, extending to each street or building, in both current and future decades,” says study author Ali Sarhadi, a postdoc in MIT’s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences.

The team’s open-access study appears online today in the Bulletin of the American Meteorological Society. Co-authors include Raphaël Rousseau-Rizzi at MIT’s Lorenz Center, Kyle Mandli at Columbia University, Jeffrey Neal at the University of Bristol, Michael Wiper at the Charles III University of Madrid, and Monika Feldmann at the Swiss Federal Institute of Technology Lausanne.

The seeds of floods

To forecast a region’s flood risk, weather modelers typically look to the past. Historical records contain measurements of previous hurricanes’ wind speeds, rainfall, and spatial extent, which scientists use to predict where and how much flooding may occur with coming storms. But Sarhadi believes that the limitations and brevity of these historical records are insufficient for predicting future hurricanes’ risks.

“Even if we had lengthy historical records, they wouldn’t be a good guide for future risks because of climate change,” he says. “Climate change is changing the structural characteristics, frequency, intensity, and movement of hurricanes, and we cannot rely on the past.”

Sarhadi and his colleagues instead looked to predict a region’s risk of hurricane flooding in a changing climate using a physics-based risk assessment methodology. They first paired simulations of hurricane activity with coupled ocean and atmospheric models over time. With the hurricane simulations, developed originally by Emanuel, the researchers virtually scatter tens of thousands of “seeds” of hurricanes into a simulated climate. Most seeds dissipate, while a few grow into category-level storms, depending on the conditions of the ocean and atmosphere.

When the team drives these hurricane simulations with climate models of ocean and atmospheric conditions under certain global temperature projections, they can see how hurricanes change, for instance in terms of intensity, frequency, and size, under past, current, and future climate conditions.

The team then sought to precisely predict the level and degree of compound flooding from future hurricanes in coastal cities. The researchers first used rainfall models to simulate rain intensity for a large number of simulated hurricanes, then applied numerical models to hydraulically translate that rainfall intensity into flooding on the ground during landfalling of hurricanes, given information about a region such as its surface and topography characteristics. They also simulated the same hurricanes’ storm surges, using hydrodynamic models to translate hurricanes’ maximum wind speed and sea level pressure into surge height in coastal areas. The simulation further assessed the propagation of ocean waters into coastal areas, causing coastal flooding.

그런 다음 팀은 시뮬레이션된 허리케인이 뉴욕과 같은 해안 지역에 상륙할 때 폭풍 해일과 비로 인한 홍수와 같은 허리케인으로 인한 홍수의 두 가지 원인이 시간과 공간을 통해 동시에 상호 작용하는 방식을 예측하기 위한 수치 유체 역학 모델을 개발했습니다. 현재와 미래의 기후 모두에서 도시.  

Sarhadi는 “해수 급증으로 인한 홍수와 담수 강우로 인한 홍수 사이에는 복잡하고 비선형적인 유체 역학적 상호 작용이 있어 기존의 많은 방법이 무시하는 복합 홍수를 형성합니다”라고 Sarhadi는 말합니다. "결과적으로 그들은 복합 홍수의 위험을 과소평가하고 있습니다."

증폭된 위험

홍수 예측 방법을 마련한 후 팀은 이를 특정 테스트 사례인 뉴욕시에 적용했습니다. 그들은 현재와 미래의 기후에서 허리케인, 특히 샌디와 같은 허리케인으로 인한 도시의 복합 홍수 위험을 예측하기 위해 다각적 방법을 사용했습니다. 그들의 시뮬레이션에 따르면 기후가 따뜻해짐에 따라 도시에서 샌디와 같은 홍수를 경험할 확률은 현재 기후에서는 150년마다 한 번씩, 2050년에는 60년마다, 2099년까지는 30년마다로 크게 증가할 것으로 나타났습니다.

흥미롭게도 그들은 이러한 위험 증가의 대부분이 허리케인 자체가 기후 온난화에 따라 어떻게 변하는가와 관련이 있는 것이 아니라 전 세계적으로 해수면이 어떻게 상승하는가와 관련이 있다는 것을 발견했습니다.

Sarhadi는 “향후 수십 년 안에 해안 지역에서 해수면 상승을 경험할 것이며, 복합 홍수 위험이 얼마나 증가하는지 확인하기 위해 해당 효과를 모델에 통합했습니다”라고 설명합니다. "실제로 우리는 해수면 상승이 뉴욕시의 허리케인으로 인한 복합 홍수 위험을 증폭시키는 데 중요한 역할을 한다는 것을 알고 있습니다."

팀의 방법론은 모든 해안 도시에 적용되어 허리케인과 온대 폭풍으로 인한 복합 홍수 위험을 평가할 수 있습니다. Sarhadi는 이러한 접근 방식을 통해 의사 결정자가 인프라 및 지역 사회 회복력을 강화하기 위한 해안 방어 강화와 같은 적응 조치 구현과 관련하여 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있기를 바랍니다.

Sarhadi는 "우리 연구의 시급성을 강조하는 또 다른 측면은 금세기 중반까지 해안 인구가 25% 증가하여 파괴적인 폭풍에 대한 노출이 높아질 것으로 예상된다는 것입니다."라고 말합니다. "또한 우리는 해안 홍수가 발생하기 쉬운 지역에 수조 달러의 자산을 보유하고 있으므로 온난화 기후에서 허리케인으로 인한 복합 홍수로 인한 피해를 줄이기 위한 사전 전략이 필요합니다."

이 연구는 부분적으로 Homesite Insurance의 지원을 받았습니다.

[출처 = Massachusetts Institute of Technology ( https://news.mit.edu/2024/new-tool-predicts-flood-risk-hurricanes-warming-climate-0124 ) / 2024년 1월 24일]