海上基础设施决策在波气候的变化

气候变化是影响波世界各地的气候。波气候改变的影响继续威胁海岸线和相关基础设施。沿海和海上资产的所有者和经营者以及那些基础设施相交或边境沿海和海洋环境需要沿海气候分析波输入设计基础设施,降低危害,进行环境影响评估,评估未来的风险和可操作性。

根据正在进行的气候变化,这种分析必须依据气候科学而不是仅仅由历史数据。概率模型增强了理解风险的关键因素,更重要的是,所涉及的不确定因素的相对重要性。此通知的角度支持海上基础设施业主和运营商寻求实现弹性的基础设施和可持续的海岸——和防洪措施应用到海岸线。

概述波气候

波气候是指波的统计分布特征,定义在许多方面海况的参数随着波高,周期和方向共同定义一个波谱和发生在一段时间内,通常几十年对于一个特定的位置。

波是一个重要的物理特性对海洋,海洋和湖泊表面和负责运输重要的能量和动量。波气候的变化,尤其是在极端,可以有一个显著的影响在海上活动,如运输、离岸产业和沿海和海洋基础设施的设计,包括海岸和防洪。

波气候变化和区域的影响

波气候研究论证和预测气候变化影响各地区在下个世纪:表面波高和波的时间季节已经并将继续增加在北极地区;浪高将冬季东北太平洋上升;并增加在极端波高度预计在东北大西洋。¹南大洋最强劲的预期增长显示了极端的有效波高在全球范围内,与当地RCP8下增加超过2米。₅场景。²

当结合其他海洋动力学、波气候的变化可以显著影响海岸侵蚀和洪水等过程。事实上,大部分的沿海洪水发生在大风暴不仅仅是潮汐和风暴潮引起的波浪产生的作用也迅速增大和漫溢的结构。巨大的海浪破坏基础设施造成的破坏可能是毁灭性的和昂贵的。

极端高水位事件预计将变得更大,更经常发生的地区经历相对海平面上升(这可以改变土地隆起或沉降)和增加打开水,导致增加波浪作用和更高的风暴潮。冰盖的减少的地区经验海和湖冰的形成不仅会导致增加获取(开放水域的距离,风一吹)波代也不再开放水域的季节。考虑目前的趋势,多年冰覆盖将减少或完全从北冰洋在几十年内消失了,和研究表明,减少冰雪覆盖的大湖将导致显著增加开放水接触冬季风气候导致显著增加(增加了80%)波能到达海岸线在冬天。增加波浪能量也可能扮演一个角色在冰分手和贡献“积极的反馈”(加速度)海冰减少。

一般来说,动态海岸线的地区和有限的现有的干舷将最容易受到波气候变化的影响。例如,北极沿海社区与冻土海岸和那些以前被冰层覆盖保护和冷冻条件下将更容易侵蚀波由于直接接触和热的影响。港口和海上基础设施有限的干舷将变得更加容易被相对高出海平面上升,波浪和风暴潮的影响。社区基础设施和农业用地选址在特定土地formations-such吐、三角洲、地势低洼的沿海平原,海岸受侵蚀的沉积物组成的障碍,或减少沿海沉积物供应有限的地区由于人类的干预手段将更容易受到气候变化的影响在两个相对海平面和波气候方面。例如,wave-driven近岸沉积物运输通常是一个关键因素负责长期沿着沙质海岸海岸线的变化。这交通经常被一些预测电力(指数)的重要海上波高(例如H^5/2H^12/5,H²)和波的角度的方法。因为这种依赖,甚至相对较小的波高和波角的变化有可能导致沉积物运移和沿海形态显著变化。长期沿海这些实例不会小和增量的变化;相反,他们将在年代际尺度上是重要的,,如果不是由适当减轻沿海保护措施,这些变化可能是灾难性的社区和基础设施。

预测波气候的变化

减轻风险带来的多个沿海灾害讨论和未来——需要了解沿海水位和波的可能性达到给定的高度或给定的力可能会引起伤害。随着全球海平面上升,潮汐的共同作用,波浪,风暴潮和海啸过度沿海洪水和侵蚀的可能性增加,造成直接破坏的基础设施。

波的生成和预测在很大程度上是由三个重要的控制变量:风速、风吹过水面多长时间(时间),和开阔水面的距离,风一吹(获取)。这些变量被定义为输入在第三代二维波生成和转换模型。

评估的历史变化的风和对世界上的海洋风暴常常受到有限的证据,在一定程度上与稀疏观测和挑战在整合早期海洋观测,仪器记录和卫星数据。这样的数据限制在历史趋势加剧了不确定性和未来气候条件当预测未来的情况。

概率模型

通过概率模型、海岸地貌学家和工程师代表沿海的复杂的相互作用过程,包括风、波浪、水位(包括海平面上升)以及沉积物运移和侵蚀。这种理解可以通知,提前在减少沿海灾害的风险决策;也可以应用的多步方法,包括危险和风险评估、决策支持工具、适应和缓解,监视和利益相关者engagement-combined长期(项目)的生活视角。

显著改善了在过去的几十年里在基于物理模型模拟一系列沿海进程。然而,不确定性的预测未来的波浪和风暴潮,源于特定站点的历史和未来的不确定性风极端条件下,海平面上升的预测,和相关的地形和深度测量法反应的海岸线受到风暴的事件。

概率建模和分析帮助评估风险所带来的一系列危害在沿海地区。该方法使用数据收集、统计分析,未来的气候条件和代合成实现基于事件概率的潜在变化所带来的气候变化,获取广泛的潜在结果。

方法用于量化和管理相关的风险与沿海环境的生存能力和基础设施通常包括以下步骤:

• 广泛的数据收集在过去和现在的气候领域的兴趣,海岸线和水深变化。
• 网站数据的统计分析,如开发经验或理论单变量或多变量概率分布数据
• 从全球气候数据分析的研究领域——例如ECMWF再分析模型ERA5和NCEP CFS产品
• 发展当地的模型预测行动(如风暴潮和海浪)和效果(如沿海洪水或侵蚀),使用工具,如Delft3D,天鹅,和MIKE21模型预测与网站的比较观察利用已知的过去事件的输入
• 全球和本地模式技能评估基于网站数据,在适当的地方和校准的发展因素
• 结合测量和建模数据集开发核心输入变量的概率描述:风、深度测量法/地形、沉积物的预算等。
• 修改这些核心变量的概率分布来表示趋势表明气候变化研究和未来的气候模型——例如风速分布的尾部的变化改变极端事件的频率和强度
• 使用蒙特卡罗方法生成合成实现未来的条件包括单反,风,沉积物预算,降水等估算特定结果的风险

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由于沿海灾害及其交互的复杂性,不合理的期望,所有可能的结果都可以估计的可能性。然而,有这么多不确定性相对于气候变化的影响在世界各地,概率模型是一个非常有用的工具来理解所涉及的不确定因素的相对重要性。港口设施所有者和经营者可以做出明智的决定,因为他们认为在哪里以及如何定位的基础设施和应用缓解措施,建立弹性。

_{1布莱尔j . w . Greenan et al .,“加拿大海洋周围的变化,”编辑伊丽莎白·布什科学博士Lemmen,加拿大的气候变化报告中,加拿大政府pp.323 - 423。
2赫Lobeto,丽萨梅内德斯和尼j . Losada“未来的风浪极端的行为由于气候变化,“科学报道,11日,文章编号:7869 (2021)}