Wenn Sie mehrere Jahre am selben geografischen Ort gelebt haben, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, dass sich die Jahreszeiten ändern. Und nein, nicht vom Frühling zum Sommer und vom Herbst zum Winter.
Abhängig von Ihrer Region ist Ihnen möglicherweise aufgefallen, dass der Frühling etwas regnerischer ist oder dass im Winter nicht mehr so viel Schnee fällt wie früher. Der Klimawandel wirkt sich weltweit auf den Wasserkreislauf aus und hat Auswirkungen auf Niederschläge, tropische Stürme, Dürren, Überschwemmungen, den Anstieg des Meeresspiegels und mehr. Extreme Wetterereignisse wie schwere Überschwemmungen im Landesinneren – verursacht durch extremen Regen und Schneeschmelze – treten häufiger auf.
„Die Menschen kümmern sich um Überschwemmungen, weil sie eine Auswirkung haben. Die Bewertung extremer Niederschläge und der damit verbundenen Überschwemmungsrisiken auf lokaler Ebene ist für die Entscheidungsfindung und die Entwicklung von Eindämmungsstrategien notwendig“, sagte Sujan Pal, ein Hydroklimatologe aus den Argonnen
Forscher am Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) haben einen neuen Datensatz entwickelt, der das erhöhte Überschwemmungsrisiko im Landesinneren durch den Klimawandel in der Mitte des 21. Jahrhunderts abschätzt. Ihr Artikel über den Datensatz, veröffentlicht in der Zeitschrift für Hydrologie: Regionalstudienbefasst sich speziell mit einer Studie des Nordostens der Vereinigten Staaten, aber der Datensatz wird bald im ganzen Land angewendet und kann in jeder globalen Region implementiert werden.
Supercomputer machen die Berechnungen möglich
Die erste ihrer Art führte sechs jahrzehntelange Simulationen durch Supercomputing Ressourcen im Laboratory Computing Resource Center von Argonne und in der Argonne Leadership Computing Facility, einer Benutzereinrichtung des DOE Office of Science.
„Wir haben zwei verschiedene Klimamodellierungsszenarien angenommen, 1995 bis 2004 und 2045 bis 2054, und für jedes drei verschiedene Modelle ausgeführt. Herunterskalierte hochauflösende Niederschlagsdaten aus der Region.“ Klimamodelle wurden genutzt, um Überschwemmungstiefen im Landesinneren zu erzeugen, was noch nie zuvor durchgeführt wurde“, sagte Sujan Pal, Hydroklimatologe in Argonne und Hauptautor der Studie.
Die Hochleistungsrechnersysteme trugen dazu bei, eine detaillierte, hochauflösende Simulation der Nation zu erstellen, die in bemerkenswert kleine Zellen unterteilt ist, von denen jede eine Fläche von 200 x 200 Metern abdeckt (ungefähr die Größe eines Tennisplatzes).
Das Modell, das das Überschwemmungsrisiko generierte, nutzt Daten aus dem Argonne Downscaled Data Archive (ADDA), einem Datensatz physikbasierter Klimamodellprojektionen für Nordamerika mit einer Auflösung von 12 Kilometern (7,5 Meilen). Die ADDA-Auflösung ist fast zehnmal besser als globale Klimamodelle, die typischerweise Schätzungen bei 100–200 Kilometern (62–124 Meilen) liefern. Forscher können jetzt sehen, wie sich Überschwemmungen auf einzelne Stadtteile auswirken könnten.
„Dies war die intensivste Berechnung dieser Art, die jemals durchgeführt wurde, und zwar über ein so großes Gebiet, über einen längeren Zeitraum und mit dieser Auflösung“, sagte Rao Kotamarthi, wissenschaftlicher Direktor am Center for Climate Resilience and Decision Science. „Ohne die Rechenleistung von Argonne könnten wir uns diese Berechnung nicht vorstellen.“
Partner nutzen die Daten, um Entscheidungen zu treffen
Behörden und Industrien erwägen nun Klimaschutzmaßnahmen, da extreme Niederschläge und Überschwemmungen erhebliche Risiken für ihre Infrastrukturen und Netzwerke darstellen können. S
Insbesondere arbeiteten die Forscher mit AT&T und der New York Power Authority zusammen, um zu verstehen, welche Art von Daten sie suchten. Beispielsweise wollte die New York Power Authority das Risiko von Überschwemmungen und Veränderungen in den Flussflüssen verstehen, da Wasserkraft Teil ihres Portfolios ist.
„Überschwemmungen machen den Menschen Sorgen, weil sie Auswirkungen haben“, sagte Pal. „Die Bewertung extremer Niederschläge und der damit verbundenen Überschwemmungsrisiken auf lokaler Ebene ist für die Entscheidungsfindung und die Entwicklung von Minderungsstrategien notwendig.“
Das Ziel der Partnerschaften besteht darin, Stakeholder bei der Entscheidungsfindung zu unterstützen und bei der Beantwortung von Fragen zu helfen, z. B. ob bei Vermögenswerten, aus denen das Stromnetz besteht, die Gefahr einer Überschwemmung besteht. Und wie werden sich die Überschwemmungstiefen verändern? „Als wir uns 2017 zum ersten Mal mit Interessenvertretern in Verbindung setzten, hatte ich Überschwemmungsdaten noch nicht einmal auf dem Schirm, aber es war der erste Datensatz, den sie angefordert hatten“, sagte Kotamarthi. „Wir können aus diesen Diskussionen viel lernen, denn nicht alle sind nur daran interessiert, wie viele Grad wärmer die Temperatur sein wird.“
Ein neues Datenportal, das Klimarisiko- und Resilienzportal (ClimRR) enthält alle Daten dieser Simulationen für die kontinentalen Vereinigten Staaten. ClimRR wurde kürzlich in Argonne mit Unterstützung von AT&T und FEMA eingeführt und gewann einen Climate Leadership Award 2023 und einen R&D 100 Award.
Anbindung des Modells an Chicago
Während diese Studie nicht die Region Chicago abdeckt, deckt sie andere große städtische Gebiete wie Baltimore und New York ab. Die Modellierungsmethode wird in Kürze aktualisiert und auf die Forschung am DOE Urban Integrated Field Laboratory in Chicago angewendet. Gemeinschaftsforschung zu Klima- und Stadtwissenschaften (CROCUS).
„CROCUS ist urban. Alles ist völlig verwaltet und in keiner Weise natürlich“, sagte Kotamarthi. „Der nächste Schritt besteht darin, die Berechnungen durchzuführen und sich vorzustellen, wie wir einen Ort wie Chicago aussehen würden. Die aktuelle Simulation berücksichtigt keine Dinge wie Bioswales oder Gründächer, die Überschwemmungen verhindern, also werden wir das in das Modell implementieren.“
Die Datensätze werden CROCUS Erkenntnisse darüber liefern, wie sich der Klimawandel auf das Überschwemmungspotenzial oder die Dürre in der Region Chicagoland auswirken könnte, was sich bald direkt auf die Hausratversicherung und die Stromkosten auswirken könnte.
Mit diesen Hochwasserprognosen können Partner-Nachbarschaftsorganisationen den Nachbarn helfen, ihre Risiken zu verstehen und die Bewohner darüber zu informieren, wie sie sich anpassen können.
Mehr Informationen:
Sujan Pal et al., Projizierte Veränderungen extremer Stromflüsse und Binnenüberschwemmungen in der Mitte des 21. Jahrhunderts über dem Nordosten der Vereinigten Staaten unter Verwendung von Ensemble-WRF-Hydro-Simulationen, Zeitschrift für Hydrologie: Regionalstudien (2023). DOI: 10.1016/j.ejrh.2023.101371