Модель теперь способна прогнозировать штормовые нагоны на уровне улиц
Вода, хлынувшая на перекресток улиц Канал и Гудзон в Нью-Йорке во время урагана Сэнди, была в конечном итоге выброшена на берег силами, действующими за сотни миль в Атлантике. Этот факт иллюстрирует не только масштаб и мощь тропического циклона, но и сложность моделирования и прогнозирования его потенциала для прибрежных наводнений с детализацией, необходимой для наиболее эффективной подготовки к ним.
Исследование под руководством профессора Гарри Вана из Виргинского института морских наук (VIMS) Уильяма и Мэри демонстрирует возможность прогнозирования штормового нагона от урагана с точностью до отдельных районов и улиц — что гораздо детальнее современных оперативных методов. Работа, опубликованная в последнем выпуске Journal of Marine Science and Engineering, показывает, что при правильных входных данных высокоразрешающая компьютерная модель команды смогла смоделировать уровни воды с точностью до 15–20 см от наблюдавшихся в Нью-Йорке и окрестностях во время подхода и выхода на сушу урагана Сэнди в конце октября 2012 года, включая участки Манхэттена с исключительно сложным рельефом.
«Моделирование штормового нагона — сложная задача, — говорит Ван. — Людей интересует возможность затопления в очень мелком масштабе, в районе их дома, офиса или улицы». Но для работы прогностической модели, отмечает он, необходимо корректно задать граничные условия — данные о приливах и ветрах — далеко в открытом океане и получить эту информацию достаточно заблаговременно.
Команда провела исследование, выполнив «ретроспективный прогноз» (hindcast) выхода урагана Сэнди на побережье. Сначала использовалась крупномасштабная модель SELFE для расчета изменений уровня воды вдоль всего восточного побережья от Флориды до Новой Шотландии. Модель инициализировалась данными о нормальных приливных условиях на границе в почти 2400 км от берега. После «раскрутки» модели на 10 дней до подхода Сэнди и еще на 5 дней вперед в модель с 6-минутным шагом добавлялись данные о скорости и направлении ветра и атмосферном давлении из модели NAM (NOAA) и высокоразрешающей атмосферной модели RAMS. «Вы не можете точно спрогнозировать штормовой нагон без точных данных о ветре», — подчеркивает Ван.
На втором этапе выходные данные проверенной модели SELFE использовались для запуска модели гораздо более высокого разрешения, сфокусированной на Нью-Йорке и его гавани. Эта «модель затопления субсетки» включает высокоточные данные о рельефе, собранные с помощью LiDAR. «Высокоразрешающие гидродинамические модели необходимы для учета влияния локальных особенностей», — говорит Ван.
Результаты моделирования затопления оказались «прорывом» в прогнозировании штормовых нагонов: выходные данные модели отличались всего на 15–20 см от уровней воды, зафиксированных Геологической службой США (USGS) во время Сэнди. «Наши результаты очень хорошо согласуются с базой данных USGS по урагану Сэнди с точки зрения времени, площади затопления и глубины паводковых вод. Максимальная протяженность горизонтального затопления отличалась от значений USGS менее чем на 30 метров», — отмечает Ван.
«Мы создали эффективную платформу, которая решает проблемы как крупномасштабного штормового нагона, так и высокодетального затопления одновременно, — добавляет он. — Наши будущие планы — добавить множество других процессов, действующих во время урагана: осадки, инфильтрацию, ливневый сток и влияние волн».