Et si Sandy avait porté un coup sec au New Jersey en 2012 au lieu de le frapper presque de plein fouet ? Ou si la tempête historique avait touché terre plus au sud ou au nord ? Et si la tempête était plus petite, Ralentissez, ou plus intense ? Comment les impacts changeraient-ils?

Répondre à ces questions à l'aide de modèles météorologiques dynamiques, comme le modèle largement utilisé de recherche et de prévision météorologique (WRF) basé au National Center for Atmospheric Research (NCAR), est un défi. Bien que ces modèles puissent simuler des ouragans en détail, ils sont principalement conçus pour donner la meilleure prédiction possible de la trajectoire et de l'évolution d'un ouragan compte tenu des conditions actuelles dans le modèle, ne pas répondre à des scénarios de simulation. Par conséquent, les scientifiques ont très peu de contrôle sur la propagation des tempêtes du modèle.

Un nouvel outil développé par les scientifiques du NCAR est en train de changer cela. Le modèle de cyclone hybride WRF (HWCM) permet aux scientifiques de créer une tempête idéalisée (prescrivant les caractéristiques de la tempête telles que la taille et l'intensité), placer précisément cette tempête où ils le veulent, puis diriger la tempête vers la terre, leur donnant un degré beaucoup plus grand de contrôle sur comment et où l'ouragan simulé touche terre.

Cette capacité à diriger les tempêtes permet aux chercheurs de caractériser une gamme d'impacts possibles d'un ouragan touchant terre à un endroit particulier. En utilisant HWCM, les scientifiques peuvent soumettre le même endroit à des tempêtes provenant de nombreux angles différents, qui peut affecter considérablement les ondes de tempête, ainsi qu'une gamme de tailles de tempête, intensités, et les vitesses d'avance. Ensemble, ces simulations permettent de mieux caractériser les risques possibles pour les communautés côtières.

"Il peut être très difficile d'étudier les impacts possibles des ouragans en ne regardant que le record historique, " a déclaré la scientifique du NCAR Cindy Bruyère, qui a dirigé le développement du nouveau modèle. "Si vous regardez le long de 50 miles de côtes, vous ne verrez peut-être qu'un seul ouragan par décennie. Être capable de modéliser de manière réaliste ces tempêtes peut nous donner une image beaucoup plus complète des impacts possibles. »

Le développement de HWCM a été soutenu par la National Science Foundation, qui est le sponsor de NCAR, et par Insurance Australia Group Limited.

Quantifier le risque d'ouragan

Gestionnaires de risques, planificateurs communautaires, assureurs, et d'autres s'intéressent depuis longtemps à la quantification du risque de dommages causés par les ouragans aux communautés. Traditionnellement, cela a été fait à l'aide de modèles statistiques, qui caractérisent les relations entre les phénomènes du passé - par exemple, les précipitations généralement associées à une certaine taille ou intensité de tempête, puis appliquer ces connaissances pour faire des prédictions sur l'avenir.

Bien que les modèles statistiques soient utiles, ils ont des limites car ils ont tendance à ne considérer qu'une seule variable à la fois et à utiliser les tempêtes historiques comme référence. Cependant, à mesure que le climat change, des tempêtes pourraient se former à l'avenir qui n'ont pas d'analogue dans les archives historiques, y compris les ouragans qui touchent terre plus loin que jamais vers les pôles.

Par contre, modèles dynamiques, comme WRF, utilisent réellement notre compréhension des relations physiques dans le monde - comment les océans influencent l'atmosphère, et comment les instabilités atmosphériques peuvent engendrer une tempête, par exemple, pour simuler les ouragans eux-mêmes. Ces types de modèles peuvent fournir aux parties prenantes une mine d'informations détaillées sur la façon dont la tempête interagit avec les autres caractéristiques environnementales réalistes du modèle, comme la topographie côtière.

Mais obtenir des informations sur la façon dont un type particulier de tempête pourrait affecter un emplacement spécifique est difficile. C'est parce que la façon dont la tempête se propage après sa formation dans le modèle, y compris sa trace et où (ou si) il touche terre, dépend de la physique du modèle, qui créent des modèles météorologiques basés sur les conditions environnementales. Par exemple, une zone de haute pression qui se forme au-dessus de la côte dans le modèle pourrait tenir une tempête à distance ou infléchir son cours.

Bruyère et ses collègues ont cherché à créer un modèle dynamique qui pourrait être utilisé pour évaluer les dangers des ouragans en donnant le contrôle au modélisateur. Le résultat a été le modèle hybride WRF Cyclone.

« Je ne veux pas que les conditions météorologiques du modèle aient un impact sur ma tempête ; je veux contrôler où ma tempête touche terre, ", a-t-elle déclaré. "Nous avons développé la capacité de placer une tempête mature exactement là où nous le voulons et de la soumettre à différents flux de fond, d'une simulation à l'autre, forçant la tempête à toucher terre de différentes manières. Maintenant, nous pouvons commencer à voir une gamme d'impacts possibles de la même tempête."

En regardant les angles

HWCM permet aux modélisateurs de créer un ouragan idéalisé au sein de WRF – une sorte de tempête dans une boîte – puis de placer la tempête mature dans le domaine réel de WRF. Une fois placé, le modélisateur peut prescrire le flux et la direction du vent de fond, essentiellement diriger la tempête tout en lui permettant d'interagir avec l'environnement environnant au fur et à mesure de son évolution.

L'équipe de recherche a récemment décrit en détail la nouvelle capacité de modélisation dans la revue Weather and Climate Extremes. Ils ont également commencé à expérimenter ce que l'outil peut leur apprendre, y compris une étude détaillée de la façon dont l'angle d'atterrissage d'une tempête Sandy-esque pourrait modifier les impacts de l'onde de tempête le long de la côte du New Jersey.

Une partie de la notoriété de Sandy était liée au crochet gauche particulier que la tempête a fait avant l'atterrissage, lui permettant de toucher le rivage perpendiculairement, de l'est. Historiquement, les tempêtes dans cette région sont généralement venues du sud, mitrailler le rivage alors qu'ils se dirigent vers le nord.

Les résultats préliminaires de la recherche utilisant HWCM ont révélé que l'angle de tempête a un impact significatif sur les impacts des ondes de tempête, et que les tempêtes avec des approches perpendiculaires produisent des ondes plus importantes et plus d'inondations à l'intérieur des terres. Ils ont également trouvé, cependant, que l'emplacement exact de l'atterrissage est également important et que certaines zones de la côte du New Jersey étaient particulièrement vulnérables aux ondes de tempête, quel que soit l'angle d'approche.

Bruyère a également utilisé la nouvelle capacité de modélisation pour examiner certains des impacts possibles du changement climatique, y compris les tempêtes se formant sur des océans plus chauds et les tempêtes migrant vers les pôles. Dans un cas, l'équipe a examiné comment les cyclones frappant le nord-est de l'Australie pourraient changer à mesure que les températures de surface de la mer se réchauffent. Ils ont trouvé des indications que l'augmentation des températures de surface de la mer a provoqué la pénétration de tempêtes simulées plus loin à l'intérieur des terres, avec plus de précipitations et des champs de vent plus importants. Bruyère a déclaré que plus de recherche avec HWCM peut aider les scientifiques à mieux quantifier les impacts potentiels du changement climatique sur les cyclones tropicaux.

"Avec ce modèle, nous pouvons regarder des tempêtes qui ne sont pas dans notre histoire, " Bruyère a déclaré. "Nous pouvons placer des tempêtes sur des eaux plus chaudes que celles que nous avons généralement ou à proximité de parties de la côte où les tempêtes ne touchent généralement pas terre, mais qui pourrait être impacté à l'avenir. Les résultats nous aideront à prévoir certains des risques d'un changement climatique."