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Spécial SURFO: Comment la compréhension des scénarios d'élévation du niveau de la mer peut-elle aider les parcs de la Nouvelle-Angleterre à se préparer au Nor’easters?

Chaque été, la Graduate School of Oceanography (GSO) de l'Université du Rhode Island accueille des étudiants de premier cycle de tout le pays pour participer à la recherche océanographique. Ces boursiers de recherche d'été de premier cycle (SURFO) ont non seulement travaillé avec des scientifiques du BSG, mais ils ont également passé une partie de leur temps à apprendre à communiquer cette science au public. Bien que leur expérience de recherche ait été virtuelle cet été, ils ont quand même fait un travail fantastique. Lisez la suite pour découvrir ce qu'ils ont fait et pourquoi tout le monde devrait être aussi enthousiasmé qu'eux par leur travail.

Louis Borrelli (il / lui) est spécialisé en physique au Collège Saint Vincent de Latrobe, PA. Il a travaillé cet été avec le Dr Isaac Ginis, le Dr Amanda Babson et l'étudiant au doctorat Mansur Ali Jisan. Son projet s’inscrit dans le cadre d’un effort plus large visant à aider les gestionnaires de parcs à mieux se préparer aux impacts accrus des Nor’easters dans les parcs du sud de la Nouvelle-Angleterre. Quelques modèles ont été utilisés dans ce projet qui doivent être validés avec des données d'observation historiques. Ce projet n'a pas été difficile à réaliser virtuellement car il s'agissait principalement d'analyses de données, et le mentor et les conseillers étaient disponibles autant qu'on pouvait le demander. Cette expérience l'a aidé avec de nombreuses compétences académiques et professionnelles.

Qu'est-ce qu'un Nor’easter?

UNE Ni’easter est un cyclone extratropical. Il prend naissance lorsque le climat froid de l'ouest rencontre le temps chaud du Gulf Stream près du centre de l'Atlantique et de la Nouvelle-Angleterre. Certains les comparent aux ouragans car ils entraînent de fortes vagues et de nombreuses inondations, mais en fait, ils sont très différents. Nous voulons voir comment le changement climatique et, plus particulièrement, l'élévation du niveau de la mer, affecteront les impacts des Nor’easters dans deux parcs de la Nouvelle-Angleterre, Cape Cod National Seashore et Boston Harbor Islands National Recreation Area. Nous avons utilisé le Nor’easter du 1er au 3 mars 2018 comme scénario de contrôle et avons augmenté le niveau de la mer pour différents scénarios, car il s'agissait d'une tempête percutante.

Ces impacts pourraient entraîner l'endommagement de différentes installations du parc par des niveaux d'eau élevés. Le parc est entouré de communautés de Provincetown, MA, où les terres privées peuvent également être endommagées. Un autre sujet de préoccupation serait l'aéroport de Provincetown. Il a subi des inondations lors de la tempête de 2018, et les inondations continueront de s'aggraver à mesure que le niveau de la mer augmente, la question est de savoir à quel point ces effets s'aggraveront?

L'élévation du niveau de la mer menace les zones côtières d'inondations – et la menace s'aggrave lorsque les cyclones hivernaux frappent. Photo de Kelly Sikkema sur Unsplash

Comprendre la menace d'inondations

Pour simuler les effets d'une tempête hivernale, il faut valider les modèles que l'on souhaite utiliser. Nous l'avons fait en comparant les données produites par le modèle aux données enregistrées dans 40 stations météorologiques qui ont enregistré la vitesse du vent ou le niveau d'eau près de ces deux parcs. Le modèle que nous utilisons pour montrer l'inondation maximale dans les zones est le modèle Advanced Circulation (ADCIRC). Ce modèle est une combinaison de modèles de précipitations, hydrologiques, de vent et de vagues, mais nous n'avons utilisé que les modèles de vagues et de vent dans ce projet. Le modèle de vent que nous utilisons pour produire du vent dans le modèle ADCIRC est le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF). Le modèle de vagues que nous utilisons est le modèle de simulation des vagues Nearshore (SWAN). Le modèle de vague a été validé avant mon projet.

Nous avons validé le modèle ECMWF avec les données de vitesse du vent enregistrées et l'ADCIRC avec le niveau d'eau observé. Une fois que nous avons vu que les modèles produisaient des données précises, nous avons choisi quatre scénarios possibles d'élévation du niveau de la mer. Ces scénarios sont présentés dans le tableau 1. Le scénario de 100 cm était la profondeur d'eau maximale que le modèle ADCIRC pouvait gérer. Le scénario original était de 150 cm, mais le modèle ne fonctionnait pas avec cette profondeur.

Les scénarios qui ont été pris en considération. * Indique un scénario fourni par Caffery et al. (2018). ** Indique un scénario fourni par USACE-2016.

Nous avons ensuite modifié le modèle ADCIRC en utilisant les quatre scénarios et l'avons utilisé pour produire des graphiques d'inondations maximales dans deux zones de Cape Cod. Les zones de la figure 1 montrent les crues maximales du 1er au 3 mars 2018 au Nor’easter avec le niveau d'eau à ce moment-là.

UNE montre le pic des crues dans les régions du nord de Cape Cod du 1er au 3 mars 2018 à Nor’easter. B montre le pic d'inondation pour la partie sud-est de Cape Cod. L'échelle de la figure augmente de 0 à 4 mètres de crue, le bleu étant 0 et 4 étant rouge. (Mansur Ali Jisan, 2020)

Les séries de modèles intégrant les scénarios d'élévation du niveau de la mer sont illustrées aux figures 2 et 3.

Le pic d'inondation pour les quatre scénarios d'élévation du niveau de la mer pour la zone nord de Cape Cod. Plus le rouge est proche, plus le niveau d'inondation est élevé. (Mansur Ali Jisan, 2020)

Le pic d'inondation pour les quatre scénarios d'élévation du niveau de la mer dans la zone sud de Cape Cod. (Mansur Ali Jisan, 2020)

Comme on peut le voir ci-dessus, l'élévation du niveau de la mer entraîne une différence significative dans l'inondation, non seulement dans la profondeur de l'inondation mais aussi dans la distribution spatiale. À mesure que le niveau de la mer augmente, l'aéroport du nord-ouest subit des inondations de plus en plus profondes. Le scénario suggère que même une augmentation de 1 mètre du niveau de la mer peut éventuellement couper Cape Cod du continent.

Mais attendez – ça peut empirer!

Notre plan initial était d'exécuter une simulation dans le modèle de 1,51 mètre d'élévation du niveau de la mer, mais le modèle ne fonctionnait pas avec cela, nous avons donc choisi de faire un scénario de 1 mètre à la place. Cela signifie que l'élévation du niveau de la mer projetée si la société devait continuer à vivre telle quelle sans aucune tentative supplémentaire d'atténuer les causes du changement climatique, notre scénario le plus élevé se situe à un demi-mètre de ces prévisions, donc les effets seraient en fait, être pire que notre scénario le plus élevé. Dans notre scénario le plus élevé, on peut voir que la partie nord de Cape Cod est coupée du continent. Cela rendrait plus difficile le secours à la population et au parc.

Pour des zones sélectionnées entre le nord et l'est de Cape Cod, nous avons trouvé la différence entre le niveau d'eau maximal du scénario de 100 cm et le niveau d'eau maximal du scénario sans élévation du niveau de la mer. Les différences pour 5 zones de Cape Cod sont indiquées dans le tableau ci-dessous.

Différence du niveau de pointe de l'eau du scénario de 100 cm et du scénario sans élévation du niveau de la mer. (Louis Borrelli, 2020)

Ce projet montre que l'élévation du niveau de la mer affectera certaines zones autres que les zones sous l'aspect des inondations, et que prédire les effets d'une élévation du niveau de la mer de 100 cm est beaucoup plus compliqué que d'ajouter simplement 100 cm d'inondation à une zone de terre. Plus encore, les effets du changement climatique pourraient être encore pires avec des pluies et de fortes tempêtes. À l’avenir, ce projet pourrait prendre en considération les précipitations et les fortes étendues d’Est.

Je suis doctorant à la Northeastern University de Boston. J'étudie la régénération du système nerveux dans les salamandres d'eau appelées axolotls. Pendant mon temps libre, j'aime lire de la science-fiction, cuisiner, me promener dans Boston et trouver des articles scientifiques sympas.

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