Społeczności nadmorskie w USA mają 26% szans na wystąpienie powodzi w ciągu 30 lat. Prawdopodobieństwo to może wzrosnąć ze względu na spowodowane zmianami klimatu podniesienie się poziomu morza.

Źródło: NVIDIA

Przyspieszone mapowanie dla lepszego zrozumienia ryzyka

Michael Beck, profesor i dyrektor Centrum Odporności Klimatycznej Wybrzeża Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, koncentruje się na modelowaniu i mapowaniu korzyści płynących z raf koralowych i namorzynów w zakresie zmniejszania ryzyka powodziowego. Pomaga to w podejmowaniu działań adaptacyjnych i ochronnych. Wraz ze swoim zespołem badaczy tworzy szczegółowe, przyspieszane przez procesory graficzne NVIDIA, wizualizacje powodzi przybrzeżnych. Ma to pomóc agencjom rządowym, organizacjom pozarządowym i instytucjom finansowym lepiej zrozumieć ryzyko powodziowe i pokazać, w jaki sposób naturalne rozwiązania mogą złagodzić szkody na wybrzeżu.

– Uważamy, że wizualizacje mają fundamentalne znaczenie w motywowaniu do działania. Są to trudne problemy dotyczące ludzi, a niektóre z nich są kosztowne do rozwiązania. Trzeba być w stanie je zwizualizować i upewnić się, że będą skuteczne – powiedział Beck

Aby przyspieszyć symulacje, centrum korzysta z oprogramowania NVIDIA CUDA-X, w tym biblioteki cuPyNumeric i kompilatora nvfortran, działających na procesorach graficznych NVIDIA RTX przyznanych w ramach programu stypendialnego NVIDIA Academic Grant Program.

Obraz 2D przedstawiający powódź w Santa Cruz w Kalifornii,  zwizualizowany w Unreal Engine 5 i przesłany strumieniowo jako interaktywna aplikacja; Źródło: NVIDIA

Modelowanie powodzi zaczyna się od pytania: „Co stałoby się z kalifornijskim Santa Cruz w przypadku burzy stulecia?”

Mapy zagrożenia powodziowego służące do obliczania ryzyka i korzyści ekonomicznych na poziomie nieruchomości wynikających ze strategii adaptacyjnych, mających na celu zwiększenie korzyści ochronnych poprzez wykorzystanie falochronów lub odtworzonych wydm i przybrzeżnych raf skalnych. Źródło: NVIDIA

Aby odpowiedzieć na to pytanie, zespół badawczy wykorzystał narzędzia symulacyjne, takie jak SFINCS i wprowadził wyniki do silnika renderującego Unreal Engine 5, w celu stworzenia opartych na danych filmów przedstawiających różne scenariusze powodziowe.

Cyfrowe mapowanie powodzi z zasięgiem globalnym

Zespół Becka przyspieszył tworzenie modeli i wizualizacji ryzyka powodzi z procesu, który pierwotnie zajmował około sześciu godzin na procesorach CPU, do zaledwie 40 minut. Korzystał przy tym z pojedynczego procesora graficznego NVIDIA RTX 6000 Ada Generation. Dzięki klastrowi czterech procesorów graficznych zespół może teraz przeprowadzać cztery symulacje jednocześnie.

– Udało nam się skrócić obliczenia 3-4-krotnie, a niektóre zadania są wykonywane jeszcze szybciej. To przyspieszenie dało nam możliwość wcześniejszego przeprowadzenia analizy wrażliwości i upewnienia się, że nie przyjmujemy żadnych założeń ani nie ustawiamy niewłaściwych parametrów – powiedział David Gutiérrez, pracownik Centrum Odporności Klimatycznej Wybrzeża Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz.

Mniej czasu poświęconego na modelowanie i wizualizację każdego miejsca oznaczało, że naukowcy mogli wyznaczyć bardziej ambitne, globalne cele dla swojego projektu. Obecnym celem zespołu jest sporządzenie map wszystkich małych rozwijających się państw wyspiarskich na świecie — od Tonga po Trynidad i Tobago — przed konferencją klimatyczną COP30, która odbędzie się w listopadzie.

Kadr z filmu przedstawiający dwuwymiarowy model powodzi w Saint Martin we Francji, zwizualizowany w Unreal Engine 5.; Źródło: NVIDIA

– Ten rodzaj modelowania o wysokiej rozdzielczości, który stosujemy, jest bardzo trudny. Staramy się pokazać nie tylko pogodę i problemy, jakie ona stwarza, ale także przedstawić scenariusze wraz z rozwiązaniami – powiedział Beck.

Motywacja do ochrony raf koralowych

Jednym ze sposobów motywowania do ochrony raf koralowych jest ich ubezpieczenie w oparciu o ich wartość jako infrastruktury naturalnej, która może służyć jako linia obrony podczas zmian klimatycznych. Staje się to już rzeczywistością w miejscach takich jak Mezoamerykańska Rafa Koralowa w Meksyku, na południe od Cancun na Riwierze Majów. Dzięki swojej pracy w organizacji The Nature Conservancy, Beck zaprezentował zainteresowanym stronom, m.in. właścicielom hoteli wzdłuż wybrzeża, rządowi Meksyku i Grupie Banku Światowego, wizualizacje raf koralowych w przypadku huraganu.

Grupy te zainwestowały w parametryczną polisę ubezpieczeniową, aby chronić rafę koralową. Polisa przewidywała, że ​​jeśli prędkość wiatru przekroczy 100 węzłów, nastąpi wypłata odszkodowania w celu odbudowy zniszczonej rafy.

– Aby zmotywować się do działania, trzeba lepiej zrozumieć i wyobrazić sobie coraz bardziej ryzykowne burze, z którymi mamy obecnie do czynienia, ze względu na miejsce ich rozwoju i skutki zmian klimatycznych – ocenił badacz.

Podobne zasady zaczynają wdrażać również inne regiony Karaibów i Hawajów. Naukowcy pracują obecnie nad modelowaniem powodzi w regionach przybrzeżnych Kalifornii w ramach projektu o nazwie CoSMoS ADAPT. Głównym celem jest wzmocnienie systemu modelowania sztormów przybrzeżnych USGS (CoSMoS).

– CoSMoS przewiduje, jakie zagrożenia będą występować teraz i w przyszłości. Dodajemy rozwiązania, które zmniejszą ryzyko od wydm po mury morskie i nasze rafy. Na różnych poziomach będzie to wymagało przyspieszenia i intensywnych obliczeń – powiedział Beck.

Źródło: informacje prasowe