La stagione degli uragani 2017 è stata una delle peggiori mai registrate. 17 tempesta nominata ha causato più di 100 vittime dirette, ha subito danni per 265 miliardi di dollari e ha sconvolto milioni di vite.

Potremmo non essere in grado di prevenire il verificarsi di uragani, ma possiamo migliorare la nostra capacità di prevederli, allontanare le persone dal pericolo, rispondere rapidamente alle loro conseguenze e costruire le nostre case e infrastrutture in un modo che possa sopravvivere al peggio che la natura può lanciarci contro.

Un nuovo strumento chiamato DesignSafe sta aiutando a farlo. Una piattaforma di ricerca basata sul web per la rete NHERI (Natural Hazards Engineering Research Infrastructure), DesignSafe consente ai ricercatori di gestire, analizzare, e comprendere informazioni critiche sui rischi naturali, da terremoti e tornado a uragani e doline.

Supportato da sovvenzioni della National Science Foundation (NSF) e sviluppato presso il Texas Advanced Computing Center (TACC) in collaborazione con i partner dell'Università del Texas ad Austin, Università del riso, e Florida Institute of Technology, DesignSafe sta portando avanti la ricerca che impedirà agli eventi di rischio naturale di trasformarsi in disastri sociali. Ciò significa aiutare gli ingegneri a costruire in futuro strutture più sicure per resistere ai pericoli naturali e consentire ai soccorritori di indirizzare meglio i propri sforzi.

Potenziare la ricognizione post-tempesta

La stagione degli uragani 2017 ha messo alla prova DesignSafe e ha mostrato le promesse della piattaforma, secondo David Roueche, un assistente professore di Ingegneria Civile presso la Auburn University. Roueche era in prima linea nella risposta all'uragano della stagione, partecipando a missioni di ricognizione sulla costa del Texas, le Florida Keys, Porto Rico e diverse isole dei Caraibi sulla scia degli uragani Harvey, Irma e Maria.

Dopo Harvey, Roueche e i suoi collaboratori hanno preso di mira gruppi di case unifamiliari colpite da una gamma di velocità del vento. Hanno ispezionato più di 1, 000 singole case e registrate più di 5, 000 fotografie georeferenziate catturate da squadre di terra e veicoli aerei senza equipaggio. Hanno partecipato a sforzi simili dopo Irma e Maria.

DesignSafe li ha aiutati in vari modi. Hanno coordinato le loro implementazioni tramite un canale di comunità virtuale su Slack (uno strumento di collaborazione basato su cloud) stabilito da DesignSafe; hanno usato i dati delle mappe del vento sviluppati da altri ricercatori e condivisi su DesignSafe per determinare dove avrebbero concentrato i loro sforzi; e una volta che hanno iniziato a catturare i dati sul campo, lo hanno caricato immediatamente su DesignSafe e hanno utilizzato software di mappatura e visualizzazione come HazMapper e QGIS per generare mappe che sintetizzassero le raccolte di dati loro e di altri.

"Eravamo interessati a catturare dati sulle strutture prima che vengano distrutte, demolito e ricostruito, " Ha detto Roueche. "Questi sono dati deperibili - questo è lo scopo del programma NSF RAPID - per catturare questi dati deperibili prima che vadano persi".

Roueche e il suo team hanno trovato esempi di case affiancate, costruito nello stesso periodo, dove uno è stato completamente distrutto e l'altro è rimasto intatto. Quali fattori hanno influenzato la sopravvivenza? E come si potrebbero migliorare gli sforzi di ricostruzione comprendendo quali caratteristiche hanno portato alcune strutture a resistere alle tempeste?

Portale di ricognizione di DesignSafe, che ha lanciato nel 2017, ha fornito sia le capacità informatiche necessarie a Roueche per le sue analisi sia un luogo per condividere più di 200 gigabyte di dati raccolti. Il portale ha anche permesso al suo team di iniziare immediatamente il controllo della qualità e le valutazioni sui dati e di generare rapidamente report che altri entranti in campo in seguito potrebbero utilizzare e a cui possono contribuire.

Tipicamente, ci vogliono anni prima che i dati raccolti dai ricercatori dopo una tempesta siano analizzati e riportati, il che significa che gli sforzi di ricostruzione non possono trarre vantaggio dalle intuizioni degli ingegneri. Con un sistema come DesignSafe, però, c'è speranza che la "curva di resilienza" possa essere accelerata e che le raccomandazioni possano essere diffuse in mesi.

"Vogliamo che le città siano in grado di ricostruire in modo più resiliente, " Roueche ha detto. "In genere, passano da uno a cinque anni prima che i prodotti dei dati vengano pubblicati in letteratura. Questo non ci permette di aiutare le comunità nella ricostruzione. Avendo un flusso di lavoro più snello, processi di standardizzazione, e pubblicare i dati prima, ci permette di influenzare il processo di ricostruzione e avere un impatto maggiore. Ecco perché sono super entusiasta di dove sta andando".

(I collaboratori di Roueche includevano:Frank Lombardo dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, Rich Krupar dell'Università del Maryland, Daniel Smith della stazione di prova dei cicloni della James Cook University e Tracy Kijewski-Correa della Notre Dame University.)

Simulazioni a livello stradale di impatti di tempeste

Oltre a consentire la ricognizione post-tempesta, essere in prima linea contro l'uragano Harvey ha ispirato gli sviluppatori di DesignSafe a creare nuovi strumenti per assistere i primi soccorritori in futuro.

Dan Stanzione, Direttore esecutivo di TACC e ricercatore principale per DesignSafe, decisori assistiti presso il Texas State Operations Center durante l'uragano Harvey.

"Mentre lì, un primo soccorritore mi ha detto:'Voglio conoscere un elenco di indirizzi a Houston che sono stati allagati al di sopra dell'altezza della presa elettrica. Hai un supercomputer, puoi farlo giusto?'", ha ricordato Stanzione. "Non siamo stati in grado di fornire quell'assistenza in questo momento, ma ci ha ispirato a creare uno strumento del genere".

I componenti necessari per tale analisi:previsioni di mareggiate, mappe di elevazione e record di costruzioni domestiche esistevano già. Ma la capacità di connettere questi set di dati e generare un elenco di case potenzialmente danneggiate in un ragionevole lasso di tempo non lo ha fatto.

Nei mesi che seguirono, i ricercatori del team DesignSafe hanno messo insieme strumenti per integrare simulazioni e dati su più scale, dall'intero Golfo del Messico ad un particolare tratto di costa, e dai singoli quartieri a case specifiche.

Utilizzando i dati dell'uragano Ike del 2008 e di un'ipotetica tempesta che la FEMA utilizza per le sue ricerche, il team di DesignSafe ha dimostrato che è effettivamente possibile generare un elenco di indirizzi potenzialmente danneggiati in tempo reale. Infatti, tutti gli aspetti del processo possono essere calcolati all'interno di DesignSafe, utilizzando gli enormi supercomputer di TACC in background.

"Possiamo andare da tutto il golfo, simulazione HPC su larga scala per, 'Questa casa si è allagata o no?'", ha detto Stanzione. "È un obiettivo a lungo termine che prima non era tecnologicamente possibile, ma che siamo stati in grado di raggiungere. Tutti i dati rimangono nell'ambiente DesignSafe. Il prossimo passo è determinare come possiamo automatizzare questi flussi di lavoro in modo che vengano eseguiti automaticamente".

Quando arriverà la prossima tempesta, grazie a DesignSafe, i primi soccorritori avranno a portata di mano le informazioni di cui hanno bisogno per un'azione rapida.