E se Sandy avesse inferto un colpo di striscio al New Jersey nel 2012 invece di colpirlo quasi a testa alta? O se la storica tempesta si fosse abbattuta più a sud oa nord? E se la tempesta fosse più piccola, Più lentamente, o più intenso? Come cambierebbero gli impatti?

Rispondendo a queste domande utilizzando modelli meteorologici dinamici, come il modello ampiamente utilizzato di ricerca e previsione meteorologica (WRF) basato presso il Centro nazionale per la ricerca atmosferica (NCAR), è una sfida. Sebbene questi modelli possano simulare in dettaglio gli uragani, sono principalmente progettati per fornire la migliore previsione possibile della traccia e dell'evoluzione di un uragano date le condizioni attuali nel modello, per non rispondere a scenari ipotetici. Di conseguenza, gli scienziati hanno pochissimo controllo su come si propagano le tempeste nel modello.

Un nuovo strumento sviluppato dagli scienziati NCAR sta cambiando le cose. L'Hybrid WRF Cyclone Model (HWCM) consente agli scienziati di creare una tempesta idealizzata (prescrivendo caratteristiche della tempesta come dimensioni e intensità), posiziona precisamente quella tempesta dove la vogliono, e poi dirigere la tempesta verso terra, dando loro un grado molto maggiore di controllo su come e dove l'uragano simulato atterra.

Questa capacità di guidare le tempeste consente ai ricercatori di caratterizzare una serie di possibili impatti di un uragano che si abbatte in un luogo particolare. Utilizzando HWCM, gli scienziati possono sottoporre lo stesso luogo a tempeste provenienti da molte angolazioni diverse, che possono influenzare in modo significativo le mareggiate, così come una gamma di dimensioni della tempesta, intensità, e velocità di avanzamento. Insieme, queste simulazioni possono meglio caratterizzare i possibili rischi per le comunità costiere.

"Può essere molto difficile studiare i possibili impatti degli uragani guardando solo al record storico, ", ha affermato la scienziata dell'NCAR Cindy Bruyère, che ha guidato lo sviluppo del nuovo modello. "Se guardi lungo qualsiasi 50 miglia di costa, potresti vedere solo un uragano ogni decennio. Essere in grado di modellare realisticamente queste tempeste può darci un quadro molto più completo dei possibili impatti".

Lo sviluppo di HWCM è stato sostenuto dalla National Science Foundation, che è lo sponsor di NCAR, e da Insurance Australia Group Limited.

Quantificare il rischio di uragani

gestori del rischio, pianificatori di comunità, assicuratori, e altri sono da tempo interessati a quantificare il rischio di danni provocati dagli uragani alle comunità. Tradizionalmente, questo è stato fatto utilizzando modelli statistici, che caratterizzano le relazioni tra i fenomeni del passato, ad esempio le precipitazioni tipicamente associate a una certa dimensione o intensità della tempesta e quindi applicare tale conoscenza per fare previsioni sul futuro.

Sebbene i modelli statistici siano utili, hanno dei limiti perché tendono a guardare solo una variabile alla volta e utilizzano le tempeste storiche come parametri di riferimento. Tuttavia, poiché il clima cambia, potrebbero formarsi tempeste in futuro che non hanno analoghi nella documentazione storica, compresi gli uragani che atterrano più che mai verso i poli.

Al contrario, modelli dinamici, come WRF, utilizzare effettivamente la nostra comprensione delle relazioni fisiche nel mondo:come gli oceani influenzano l'atmosfera, e come le instabilità atmosferiche possono generare una tempesta, per esempio, per simulare gli uragani stessi. Questi tipi di modelli possono fornire alle parti interessate una vasta gamma di informazioni dettagliate sul modo in cui la tempesta interagisce con le altre caratteristiche ambientali realistiche nel modello, come la topografia costiera.

Ma ottenere informazioni su come un particolare tipo di tempesta potrebbe influenzare un luogo specifico è impegnativo. Questo perché il modo in cui la tempesta si propaga dopo che si è formata nel modello, compresa la sua traccia e dove (o se) atterra, dipende dalla fisica del modello, che creano modelli meteorologici basati sulle condizioni ambientali. Per esempio, un'area di alta pressione che si forma sulla costa nel modello potrebbe tenere a bada una tempesta o piegarne la rotta.

Bruyère e i suoi colleghi hanno cercato di creare un modello dinamico che potesse essere utilizzato per valutare i pericoli degli uragani dando il controllo al modellista. Il risultato è stato il modello di ciclone ibrido WRF.

"Non voglio che i modelli meteorologici nel modello influiscano sulla mia tempesta; voglio controllare dove la mia tempesta si abbatte, " ha detto. "Abbiamo sviluppato la capacità di mettere una tempesta matura esattamente dove vogliamo e di sottoporla a diversi flussi di fondo dalla simulazione alla simulazione, costringendo la tempesta ad approdare in modi diversi. Ora possiamo iniziare a vedere una serie di possibili impatti della stessa tempesta".

Guardando gli angoli

HWCM consente ai modellisti di creare un uragano idealizzato all'interno di WRF, una sorta di tempesta in una scatola, e quindi posizionare la tempesta matura nel dominio del mondo reale di WRF. Una volta posizionato, il modellatore può prescrivere il flusso e la direzione del vento di fondo, essenzialmente governare la tempesta pur consentendole di interagire con l'ambiente circostante mentre si evolve.

Il team di ricerca ha recentemente descritto in dettaglio la nuova capacità di modellazione nella rivista Weather and Climate Extremes. Hanno anche iniziato a sperimentare ciò che lo strumento può insegnare loro, incluso uno studio dettagliato di come l'angolo di atterraggio di una tempesta Sandy-esque potrebbe alterare gli impatti della tempesta lungo la costa del New Jersey.

Parte della notorietà di Sandy era legata al peculiare gancio sinistro creato dalla tempesta prima dell'approdo, permettendogli di colpire la riva perpendicolarmente, da est. Storicamente, le tempeste in quella regione sono venute tipicamente da sud, mitragliando la costa mentre viaggiano verso nord.

I risultati preliminari della ricerca utilizzando HWCM hanno scoperto che l'angolo della tempesta ha un impatto significativo sugli impatti delle mareggiate, e che le tempeste con approcci perpendicolari producono maggiori ondate e più inondazioni nell'entroterra. Hanno anche trovato, però, che anche l'esatta posizione dell'approdo è importante e che alcune aree della costa del New Jersey erano particolarmente vulnerabili alle mareggiate, indipendentemente dall'angolo di avvicinamento.

Bruyère ha anche utilizzato la nuova capacità di modellazione per esaminare alcuni dei possibili impatti del cambiamento climatico, comprese le tempeste che si formano sugli oceani più caldi e le tempeste che migrano verso i poli. In un caso, il team ha esaminato come i cicloni che colpiscono l'Australia nord-orientale potrebbero cambiare con l'aumento delle temperature della superficie del mare. Hanno trovato indicazioni che l'aumento delle temperature della superficie del mare ha causato la penetrazione di tempeste simulate più nell'entroterra, con più precipitazioni e campi di vento più grandi. Bruyère ha affermato che ulteriori ricerche con HWCM possono aiutare gli scienziati a quantificare meglio i potenziali impatti dei cambiamenti climatici sui cicloni tropicali.

"Con questo modello, possiamo guardare tempeste che non sono nella nostra storia, "Bruyère ha detto. "Possiamo mettere le tempeste su acque più calde di quelle che normalmente abbiamo o vicino a parti della costa dove le tempeste in genere non arrivano a terra, ma che potrebbe essere influenzato in futuro. I risultati ci aiuteranno a pianificare alcuni dei rischi di un clima che cambia".