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密歇根大学领导的团队获得7.5M美元来预测,传达洪水风险

The top level graphic shows the watershed around Nashville, color-coded to show the depth of flooding and the locations of built areas. At this level, the rivers and streams seem to form a dense network of blue. Zooming into a built area, the locations of buildings are red rectangles of varying sizes. The river is clearly spilling out of its banks, with the heaviest flooding within a few blocks of it and tendrils of water extending further into the city. The image zooms in again to a 3D model of the city, with the color coding to show low levels of flooding.
2010 年田纳西州纳什维尔发生的 1000 年一遇洪水的模拟结果。该图显示了模拟如何提供不同细节级别的洪水预测,从流域比例(左图)、城市部门级别(中图),最后到邻里级别 – 以几米的分辨率显示洪水水平(右)。图片来源:J. Kim,E. Rakhmatulina,F. Sedlar,V. Ivanov,密歇根大学HYDROWIT集团

为了减少极端洪水事件的人力和经济成本,由于气候变化,极端洪水事件正在增加,由密歇根大学领导的一个团队正在汇集科学,技术和人文学科的研究人员,以更好地预测洪水风险并做出更好的决策来应对这些风险。

他们得到了海军研究办公室通过国防部多学科大学研究计划 (MURI) 计划提供的为期五年的 750 万美元赠款的支持。

席卷美国东北部的毁灭性洪水是全球发生的一系列严重洪水事件中最近的一次,这清楚地表明需要更好的洪水预测和安全计划。根据经济合作与发展组织的数据,仅在美国,洪水平均每年造成80亿美元的损失。

“气候变化正在增加极端洪水的可能性,特别是在城市地区。在过去的四十年中,美国99%的县受到洪水的影响,自2000年以来,已有1,782起与洪水有关的死亡事件,“联合首席研究员兼UM土木与环境工程教授Valeriy Ivanov说。

该团队寻求为社区面临迫在眉睫的洪水风险时出现的关键问题提供更好的答案。洪水发生的几率有多大,有多严重?未来洪水可能发生在哪里,特别是随着气候的持续变化?领导者需要哪些信息来做出疏散决策?他们项目的目标是开发一套方法和案例研究,最终帮助领导者决定在洪水来临时需要采取哪些行动。

“我们正在研究完整的管道,从预测和模型到决策者的心理,它将影响社会,”联合首席研究员兼UM机械工程助理教授Xun Huan说。

A close-up of a puddle, showing raindrops splashing in and bubbles on the surface.
2022 年 5 月 5 日星期四,大雨导致印第安纳州戈申埃尔克哈特河附近的一个公园形成大水坑。戈申是可以从UM团队正在开发的预测工具中受益的城市之一 – 这个公园在2018年被完全淹没。图片来源:Marcin Szczepanski/密歇根工程

该团队计划从两个地区收集数据,一个位于密歇根州,另一个位于德克萨斯州,并进行许多计算机模拟,以确定洪水在当前气候下的可能性和影响 – 以及未来气候的不同情景。除了提高模拟的准确性外,他们还希望找到可以减轻洪水影响的策略、解决方案和行动,从而最大限度地减少危害。

一个关键问题是衡量和传达预测中的不确定性。与提供给定日期降雨概率百分比的天气预报类似,该团队正在设计一个模型,该模型可以提供有关洪水灾害的可能性以及哪些社区可能受到影响的信息。这对于洪水的抵御能力和准备以及支持洪水事件发生之前、期间和之后的实时决策至关重要。

“不确定性在决策中起着重要作用,人们需要考虑可能发生的情况以及可能性有多大,”Huan说。“当决定产生重大后果时,例如在面临可能造成财产损失和危及人们生命的潜在大洪水时决定是否撤离时,这些考虑的重要性会进一步提高。

该项目的另一部分侧重于人类决策者以及在做出艰难选择时对他们来说重要的事情。数据和建模的哪些结果对他们来说很重要?如何以有用的方式表达它们?每个社区的优先事项如何变化?

为了回答这些问题,工程师和大气科学家将与心理学家和人类学家合作,他们不仅带来了人类决策方面的专业知识,还带来了社会和文化影响方面的专业知识。有了更可靠的预测和最佳实践来沟通他们,该团队将开发案例集,以帮助在他们的选区面临洪水风险时向领导者展示数据。

该项目的参与研究人员包括密歇根大学心理学和统计学Amos N. Tversky学院教授Richard Gonzalez和UM计算机科学与工程助理教授Nikola Banovic。

该项目包括来自博伊西州立大学和伊利诺伊大学的研究人员,以及底特律地区国防部设施的利益相关者。项目想法最初始于密歇根计算发现与工程研究所的种子资金,该研究所使来自多个学科的研究人员能够聚集在一起,专注于洪水问题的计算方面。

故事作者:Makenzie Schlessman,UM 工程学院

新闻旨在传播有益信息,英文版原文来自https://news.umich.edu/u-m-led-team-receives-7-5m-to-predict-communicate-flood-risk/