Cuando azotaron los huracanes Harvey 2017 y Florence 2018, no fue solo la marejada ciclónica del Golfo de México y el Océano Atlántico lo que provocó las inundaciones.contribuyeron significativamente Estos factores fueron pasados por alto por muchos modelos de computadora en ese momento, que subestimaron el riesgo de inundación.
"A la gente no le importa tanto si la inundación proviene del río o del océano, especialmente cuando ambos contribuyen a los niveles de agua, ya que quieren saber, '¿Se va a inundar mi casa?'", dijo EdwardMyers, jefe de rama de la Rama de Modelado Marino Costero, ubicada en el Laboratorio de Desarrollo de Estudios Costeros en la Administración Nacional Oceanográfica y Atmosférica NOAA.
Myers y sus colegas de NOAA están colaborando con Y. Joseph Zhang del Instituto de Ciencias Marinas de Virginia VIMS en William & Mary para desarrollar y probar el primer modelo operativo tridimensional de marejada ciclónica del mundo.
"Comenzamos con la actitud correcta y el algoritmo central correcto", bromeó Zhang, profesor de investigación en el Centro de Gestión de Recursos Costeros. "A lo largo de los años, hemos rediseñado el núcleo dinámico varias veces y eso condujo a lasistema de modelado actual."
Ahora en su tercera encarnación, el Modelo de Sistema Integrado de Hidrociencia de Escala Cruzada Semi-implícita SCHISM pronostica inundaciones costeras en Taiwán, en agencias de la Unión Europea y en otros lugares. NOAA está considerando su uso operativo. LaLos investigadores describieron el sistema en la edición de noviembre de 2021 de EOS, la revista de noticias científicas de la Unión Geofísica Estadounidense.
SCHISM está diseñado para satisfacer las necesidades de una amplia gama de usuarios potenciales. "Las marejadas y las inundaciones compuestas son un peligro mundial", dijo Zhang. "Es un desafío notorio, especialmente en la zona de transición donde el río se encuentra con el mar.Muchos factores entran en juego e interactúan de forma no lineal".
Alrededor del núcleo hidrodinámico de SCHISM hay numerosos módulos que simulan otros fenómenos importantes para las inundaciones. Estos incluyen el intercambio aire-mar, la vegetación y los sedimentos. Otros módulos adaptan el sistema para eventos específicos, como derrames de petróleo, o para predecir condiciones, comocalidad del agua.
A diferencia de otros modelos acoplados de inundaciones tierra adentro y costas, SCHISM incorpora en sus pronósticos características de escala muy fina, como estructuras de ingeniería, alcantarillas y compuertas estrechas.
"Vemos el modelo SCHISM como un candidato para lo que queremos hacer en términos de vinculación de modelos", dijo Myers. "Maneja muy bien escalas muy finas y podemos ejecutarlo de manera eficiente. Por supuesto, aún requierecomputación de rendimiento, razón por la cual el Centro de Computación Avanzada de Texas [TACC] ha sido fundamental".
Zhang comenzó a usar los sistemas TACC en 2010. "Desde entonces, los recursos e instalaciones de HPC de TACC han mejorado mucho. El tamaño del problema que podemos abordar ha mejorado drásticamente. Nos hemos adentrado en un territorio desconocido", dijo Zhang.estado empujando continuamente los límites".
VERIFICANDO EL MODELO
Para confirmar la precisión de SCHISM, Zhang se ha centrado en las proyecciones retrospectivas, una forma de probar un modelo matemático ingresando estimaciones de eventos pasados y viendo qué tan bien la salida del modelo coincide con los resultados conocidos.
Escribiendo en Peligros naturales y ciencias del sistema terrestreen junio de 2021, Zhang, Myers y sus colaboradores describieron un estudio de inundaciones compuestas durante el huracán Florence que afectó a una gran franja de Carolina del Norte en septiembre de 2018. El estudio encontró que las islas de barrera jugaron un papel importante en las oleadas compuestas.
"Las islas de barrera de alguna manera pueden amplificar o amortiguar el oleaje, dependiendo de la dirección de la que provenga", dijo Zhang. También encontraron que los efectos de las olas son significativos cerca de las islas de barrera y han contribuido a algunos desbordamientos y brechas observados..
Aplicando cada uno de los tres principales factores de forzamiento: oceánico, fluvial de los ríos y pluvial de las inundaciones superficiales por separado, pudieron producir un "mapa de dominio" que muestra qué factores son los más importantes para unsitio específico El mapa demostró claramente efectos compuestos significativos en la mayoría de las cuencas costeras, estuarios y bahías traseras afectadas detrás de las islas de barrera.
La capacidad del modelo para resolver características a pequeña escala en algunas áreas de cuencas hidrográficas resultó ser fundamental para capturar localmente las marcas de agua alta observadas.
La investigación fue posible gracias a William & Mary Research Computing, Extreme Science and Engineering Discovery Environment XSEDE, que asignó tiempo en el sistema Stampede2 de TACC, y el programa de computación de alto nivel HEC de la NASA a través de Supercomputación avanzada de la NASA NAS División en el Centro de Investigación Ames.
PRONÓSTICO DE INUNDACIONES EN TIEMPO REAL
El equipo de NOAA y VIMS comenzó su interacción con TACC después de que Saeed Moghimi, líder del equipo de modelado de marejadas ciclónicas de NOAA, se conectara con personas de DesignSafe, un programa de NSF para peligros naturales, que se basa en capacidades informáticas avanzadas en TACC. El centro proporcionó inicialmente una pequeña asignaciónpara desarrollar y probar el primer prototipo SCHISM en sistemas TACC.
Esa relación floreció rápidamente. Desde abril de 2021, la NOAA ha ejecutado diariamente modelos de inundaciones compuestas en 2D y 3D para las costas este y del golfo en Frontera, la supercomputadora académica más rápida del mundo y la decimotercera más rápida en general.
Los primeros indicios sugieren que el Sistema de orientación operativa para inundaciones tierra adentro y costas está funcionando bien. Durante la tormenta tropical Claudette junio de 2021, los investigadores compararon los resultados del nivel del agua entre el modelo operativo tridimensional de marejada ciclónica y el modelo actual de la NOAA.
"Estamos bastante complacidos con los resultados", dijo Zhang. "Los corroboraron con las observaciones de inundaciones en Shoreline Park, Mississippi, y en Slidell, Louisiana, y todos los pronósticos se realizaron en tiempo real".
Myers estuvo de acuerdo. "Estamos realmente impresionados con el rendimiento del modelo en términos de precisión, eficiencia computacional y robustez. Para que la NOAA ponga en funcionamiento un modelo, debe ser muy confiable. SCHISM ha demostrado serser extremadamente robusto."
"Tener esta prueba durante todo un año para asegurarnos de que todo va bien es muy importante", dijo Moghimi.extremadamente valioso y brindar una oportunidad para una actualización ágil del sistema en el futuro".
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin, Centro de Computación Avanzada de Texas. Original escrito por Aaron Dubrow. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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