Дэвид Хилл, исследователь из Университета штата Орегон, специализируется на гидрологии и гидродинамике прибрежных районов, которые представляют собой границу между земной и морской средами. Его исследование будущих уровней наводнения в заливе Тилламук было опубликовано в Журнале геофизических исследований в январе 2015 года.«Этот конкретный проект представляет собой сочетание наших интересов в гидродинамике устьевых и прибрежных водоемов и наших интересов в изменении климата», — сказал Хилл. «Мы заинтересованы в получении хорошего количественного понимания экстремальных уровней воды, которых мы можем ожидать от прибрежных наводнений».В отличие от южного или восточного побережья США, прибрежные наводнения на северо-западе Тихого океана происходят в основном из-за больших волн, вызванных сильными штормами, а не ураганами.
«Здесь бывают сильные штормы, нередко можно увидеть волны высотой до 10 метров», — сказал Хилл. «Эти волны делают несколько вещей: они могут преодолевать дюны и морские стены. Есть также любопытный эффект, когда, когда эти волны приближаются к берегу и разбиваются, они фактически выталкивают воду вверх, создавая эффект штормового нагона».Штормовой нагон — это аномальный подъем воды, вызванный штормом, вызывающий сильные наводнения в прибрежных районах.
Это дорого, часто приводит к повреждению или потере домов и предприятий, а также к потенциальной гибели людей. В отчете, выпущенном Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), климатологи подробно рассказали, как выбросы углерода повлияют на климат в будущем и, в свою очередь, на повышение уровня моря. Эти изменения климата также приведут к увеличению числа экстремальных штормов и наводнений в будущем.
Хилл и его группа исследователей хотели точно определить, как паводки изменятся на северо-западе Тихого океана в масштабе времени от десятилетия до столетия.
Исследователи разработали новый подход к проблеме, используя климатические данные МГЭИК и напрямую моделируя все компоненты, вызывающие наводнения на побережье, включая волны, приливы, ветры, дующие над поверхностью океана и устьями рек, осадки и ручьи. поток.Благодаря выделению средств Национальному научному фонду Extreme Science and Engineering Discovery Environment (NSF XSEDE), национальной киберинфраструктуре, которая дает исследователям доступ к передовым цифровым ресурсам, Хилл и его команда используют передовые вычисления в Техасском центре передовых вычислений (TACC) для выполнения своих задач. моделирование.«Модели, которые нам нужно моделировать год за годом климатических данных, требуют больших вычислительных ресурсов. Они решают ключевые физические уравнения, которые управляют переносом воды и энергии, что требует точной сетки в пространстве и времени», — сказал Хилл. «И в конце нашего прогона моделирования у нас есть многолетние записи данных по всем этим важным переменным наводнениям — необработанные результаты очень большие».
Хилл много лет пользуется TACC; он начал с суперкомпьютера Lonestar в 2007 году и теперь использует Stampede, один из самых мощных суперкомпьютеров в мире.«Моя исследовательская программа немного изменилась из-за тех первоначальных проектов с Lonestar. Наличие такого доступа было здорово, потому что позволяло нам делать все то, что мы не могли делать раньше», — сказал Хилл. «В итоге я направил большую часть своего исследовательского портфеля на изучение моделей параллельных вычислений».Результаты исследования Хилла позволили исследователям рассчитать экстремальные уровни воды для разных мест в устьевой среде на 10-летний, 50-летний и 100-летний периоды.
Затем уровни воды были наложены на цифровую модель определенной местности для определения зон затопления.Полученные данные подчеркивают необходимость пересмотра карт наводнений, которые городские планировщики Орегона используют для разработки. В настоящее время карты, созданные для будущих зон затопления, показывают только пространственно однородную высоту воды.
Однако главный вывод Хилла состоит в том, что эти предположения неверны. Его модели показывают, что уровень затопления будет сильно различаться даже в небольших заливах.
По словам Хилла, еще одним интересным открытием было то, что будущие экстремальные уровни воды были связаны не только с повышением уровня моря, поскольку волны и приливы будут усиливаться в будущем.Хотя карты наводнений предназначены для обозначения небольшой территории, Хилл считает, что эта работа может быть воспроизведена в Орегоне и других штатах Тихоокеанского Северо-Запада.
«Работа с TACC через XSEDE и использование суперкомпьютеров позволили нам проверить гипотезу и применить модели, основанные на физических процессах, к прибрежным районам», — сказал Хилл. «Теперь, благодаря финансированию из гранта Oregon Sea Grant, мы работаем над реализацией новой стратегии и предоставлением результатов такого рода в других регионах Тихоокеанского Северо-Запада».