Die Simulation von Überschwemmungen an der Mündung von Flüssen ins Meer ist eine Herausforderung, da bestehende Erdsystemmodelle die komplexen Wechselwirkungen zwischen Flussströmungen, Gezeiten und Sturmfluten nur schwer erfassen können.
Als Reaktion darauf entwickelten die Forscher einen umfassenden Rahmen für das Energy Exascale Earth System Model (E3SM), der fortschrittliche Fluss- und Ozeanmodelle enthält, die die Simulation solcher Wechselwirkungen verbessern. Die Arbeit ist veröffentlicht im Zeitschrift für Fortschritte in der Modellierung von Erdsystemen.
Zusammengesetzte Überschwemmungen entstehen, wenn in einer Küstenzone erhöhte Abflussmengen von Flüssen und der Meeresspiegel aufeinandertreffen. Aktuelle Erdsystemmodelle können diese Prozesse nur begrenzt genau simulieren, da die Auflösung der Rechengitter nicht ausreicht und die Details über die Verbindung zwischen Flüssen und Meeren nicht ausreichen.
Diese Studie erstellt einen umfassenden Rahmen für E3SM und demonstriert die Fähigkeit des Rahmens, ein bestimmtes zusammengesetztes Hochwasserereignis in einer mittelatlantischen Flussmündung zu simulieren. Der Rahmen kombiniert Atmosphären-, Land-, Fluss- und Ozeanmodelle – jedes mit seinem eigenen Detaillierungsgrad in Küstennähe – um ihre unterschiedlichen physikalischen Prozesse zu berücksichtigen.
Die Ergebnisse zeigen, dass das E3SM-Framework Flussabfluss und Meeresspiegelschwankungen relativ gut reproduzieren kann. Durch die Simulation der Wechselwirkung zwischen Fluss und Ozean können wir die Auswirkungen von Küstenwasser auf den Flussabfluss, der durch Gezeiten und Sturmfluten während eines zusammengesetzten Hochwasserereignisses verursacht wird, besser verstehen.
Die Simulation zeigt, dass zusammengesetzte Überschwemmungen am stärksten sind, wenn ein tropischer Wirbelsturm die höchste Sturmflut, aber nur einen moderaten Abfluss erzeugt. Diese Studie zeigt, dass das E3SM-Modell in der Lage ist, die detaillierten Küstenprozesse genau zu simulieren.
Weitere Informationen:
Dongyu Feng et al., Simulation von zusammengesetzten Überschwemmungen unter Verwendung eines Fluss-Ozean-Zweiwege-gekoppelten E3SM-Ensembles auf Gittern mit variabler Auflösung, Zeitschrift für Fortschritte in der Modellierung von Erdsystemen (2024). DOI: 10.1029/2023MS004054