Bessere Vorhersage für verheerende Überschwemmungen gesucht

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Im frühen 17. Jahrhundert William Shakespeare schrieb, "haben große Überschwemmungen aus einfachen Quellen geflogen." Es stellt sich heraus, Shakespeares Abschluss hält: Wissenschaftler zeigen nun, dass kleine Bäche das Geheimnis zu großen Überschwemmungen halten können.

Im Juni 2008 erwartet niemand vollständig Fluten der 500-Jahr-Überschwemmung in Iowa erreichen. Die Flut überwältigt Bäche und behost Deiche in besiedelten Gebieten wie Zeder Rapids und Iowa City, wo die Zeder und Iowa Flüsse in ungeahnte Höhen Crested.

Tausende Einwohner wurden evakuiert und 83 Iowas 99 Grafschaften wurden zu Katastrophengebieten erklärt. Die University of Iowa (UI), auf dem Weg der steigenden Fluten gefangen erlitten Hunderte Millionen Dollar Schadenersatz.

Trotz der Verluste sammelte Witold Krajewski und seine Kollegen an UI eine seltene Gelegenheit, die geophysikalische Aspekte von Überschwemmungen in Echtzeit zu studieren und zu analysieren, die Nachwirkungen von Überschwemmungen auf die Bewohner.

Mit finanzieller Unterstützung der National Science Foundation (NSF), erweitert UI Forscher ihre Bemühungen über Geophysik Flut Forschung in den Bereichen Sozialwissenschaften, Gesundheit und andere Felder enthalten. Krajewski, eine zivil- und Umwelttechnik-Maschinenbau-Professor und Research Engineer bei UI, führt diese Bemühungen als Direktor des neuen Iowa Flut Center.

An der Spitze seiner Agenda ist die Entwicklung von Prototyp-Flut Warnung und Prognosesysteme um die Auswirkungen künftiger Hochwasserereignisse.

Wie gestaltet man ein Hochwasser Warnsystem?

Die Forscher folgen Niederschlag, beobachtet von der National Weather Service Next Generation Wetter Radar System, wie es reist durch das Netzwerk der Bäche und Flüsse, die die Iowa Landschaft abtropfen lassen.

"Unser Konzept betont, kleine Bäche, anstatt große Flüsse zu studieren und betont die Rolle der Bäche, die breiteren Netzwerk, Sammlung und Transport von Niederschlag," sagt Krajewski. "Beobachten, kleine Bäche und Bodenfeuchte monitoring ermöglicht es uns, besser zu verstehen und vorherzusagen, wie Niederschlag und Abfluss zu einer Flut beitragen."

Um eine solche Analyse zu erleichtern, plant die Iowa Flut Center Sensorsysteme in nahe gelegenen Ströme zur Datenerhebung Bereitstellung. Was die Ingenieure und Wissenschaftler lernen, verbessern ihre Gesamtverständnis für Überschwemmungen und verbessert die Genauigkeit der Flut Warnsysteme.

Frühere Flut Forschung hat bereits UI Wissenschaftler einen hervorragenden Ausgangspunkt gegeben. Vor der Katastrophe Krajewski mit Vijay Gupta von der University of Colorado und anderen auf ein NSF-finanziertes Projekt, bekannt als Hydro-Kansas gearbeitet. Diese Anstrengung konzentrierte sich auf die Entwicklung einer immer komplexen und genaue geophysikalischen Theorie von Überschwemmungen.

Passende Berechnungen der idealisierten Fluss Netzwerke mit Flut Daten aus einem 21 quadratische Kilometer (8 Quadrat-Meile) experimentelle Becken in Mississippi, Gupta und seine Kollegen Forschung entdeckt eine bemerkenswerte Eigenschaft: Wasserlaufnetze und Überschwemmungen sind gegenseitig miteinander verbunden. Infolgedessen können Wissenschaftler Erkenntnisse ableiten von einem kleinen Untersuchungsgebiet auf eine viel größer eins, so Beziehungen zwischen einem Stream Netzwerk und Überschwemmungen können quantifiziert und vorhergesagt.

Durch diese Eigenschaften realisiert die Forscher Flut Größen entsprechend gut verstanden mathematischen Gesetzen von kleineren zu größeren Wasserscheiden wachsen. Die Schlussfolgerungen sind aus Stream Bewegungsdaten im viel größeren Whitewater River Becken, östlich von Wichita, Kansas, im Rahmen des Hydro-Kansas-Projekts getestet. Als die 2008 Iowa Flut kam, vorgesehenen Wildwasser Becken Forschung wesentliche Daten testen.

"Die Überschwemmungen beobachtet, letztes Jahr in den Cedar und Iowa River Becken schön Power Laws angezeigt", Krajewski, unter Bezugnahme auf mathematischen Gesetzen, mit denen Forscher Beziehungen in Datensätzen zu finden. "Das ist eine noch nie dagewesene Erkenntnis. Es bietet Hoffnung für Flut Vorhersage von physikalischen Prozesse, die die geophysikalische Theorie der Überschwemmungen zu entwickeln, ist erheblich verbessert"

Krajewski nutzt auch Überschwemmung Maps, um Warn- und Prognose Systeme zu entwickeln. Als die große Flut auftrat, abgebildet von NSF National Center for Airborne Laser Mapping unterstützt Forscher einen große Flur des Iowa River. Piloten im Flugzeug flog über das Katastrophengebiet und sammelte Flut Höhendaten als die Flut Wellenberg zog über die Region. Die Daten zeigten Wissenschaftler und Ingenieure detaillierte Informationen, die helfen können, Flut Auswirkungen und zukünftig Planung und Entwicklung des Gebietes. Die Iowa-Flut-Center arbeitet derzeit darauf, dass die Iowa Region Überschwemmung Karten aktualisiert hat.

"Die Karten haben zahlreiche Vorteile", sagt Krajewski. "sie liefern wichtige Informationen für Planer und Einsatzkräfte zur Risikobewertung und in Kombination mit Modelle basierend auf der Forschung-Theorie von Überschwemmungen, sie bilden eine neue Generation, Echtzeit-Hochwasservorhersage System."

Die akademische Gemeinschaft an UI hofft, dass das Iowa-Flut-Center ist der erste Schritt bei der Schaffung eines dauerhaften nationalen Flut Forschung und Bildung Ansatzes.

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.