As cidades e comunidades costeiras enfrentarão grandes furacões mais frequentes com as alterações climáticas nos próximos anos. Para ajudar a preparar as cidades costeiras contra futuras tempestades, os cientistas do MIT desenvolveram um método para prever a quantidade de inundações que uma comunidade costeira poderá sofrer à medida que os furacões evoluem nas próximas décadas.

Quando os furacões atingem a costa, ventos fortes agitam as águas salgadas do oceano que geram tempestades nas regiões costeiras. À medida que as tempestades se movem sobre a terra, as chuvas torrenciais podem induzir novas inundações no interior. Quando múltiplas fontes de inundação, como tempestades e chuvas, interagem, elas podem agravar os perigos de um furacão, levando a um número significativamente maior de inundações do que resultaria de qualquer fonte isoladamente. O novo estudo introduz um método baseado na física para prever como o risco de inundações tão complexas e compostas pode evoluir sob um clima mais quente nas cidades costeiras.

Um exemplo do impacto das inundações compostas são as consequências do furacão Sandy em 2012. A tempestade atingiu a costa leste dos Estados Unidos enquanto ventos fortes provocavam uma enorme onda de tempestade que, combinada com inundações provocadas pelas chuvas em algumas áreas, causava problemas históricos e inundações devastadoras em Nova York e Nova Jersey.

No seu estudo, a equipa do MIT aplicou o novo método de modelação de inundações compostas à cidade de Nova Iorque para prever como as alterações climáticas podem influenciar o risco de inundações compostas causadas por furacões do tipo Sandy nas próximas décadas.  

Eles descobriram que, no clima atual, uma inundação complexa no nível de Sandy provavelmente atingirá a cidade de Nova York a cada 150 anos. Em meados do século, um clima mais quente aumentará a frequência dessas inundações, para cada 60 anos. No final do século, inundações destrutivas do tipo Sandy inundarão a cidade a cada 30 anos – um aumento de cinco vezes em comparação com o clima atual.

“Os danos médios de longo prazo causados por perigos climáticos são geralmente dominados por eventos raros e intensos como o furacão Sandy”, diz o coautor do estudo Kerry Emanuel, professor emérito de ciência atmosférica no MIT. “É importante acertar.”

Embora estas sejam projeções preocupantes, os investigadores esperam que as previsões de cheias possam ajudar os planeadores urbanos a prepararem-se e a protegerem-se contra futuros desastres. “Nossa metodologia equipa as autoridades das cidades costeiras e os legisladores com ferramentas essenciais para realizar avaliações compostas de risco de inundações causadas por furacões em cidades costeiras em um nível detalhado e granular, estendendo-se a cada rua ou edifício, nas décadas atuais e futuras”, diz o autor do estudo, Ali Sarhadi, pós-doutorado no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT.

O estudo de acesso aberto da equipe aparece online hoje no Boletim da Sociedade Meteorológica Americana . Os coautores incluem Raphaël Rousseau-Rizzi do Lorenz Center do MIT, Kyle Mandli da Universidade de Columbia, Jeffrey Neal da Universidade de Bristol, Michael Wiper da Universidade Charles III de Madrid e Monika Feldmann do Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Lausanne.

Para prever o risco de inundação de uma região, os modeladores meteorológicos normalmente olham para o passado. Os registros históricos contêm medições da velocidade do vento, da precipitação e da extensão espacial de furacões anteriores, que os cientistas usam para prever onde e quantas inundações podem ocorrer com as próximas tempestades. Mas Sarhadi acredita que as limitações e a brevidade destes registos históricos são insuficientes para prever os riscos de futuros furacões.

“Mesmo que tivéssemos registos históricos extensos, eles não seriam um bom guia para os riscos futuros devido às alterações climáticas”, afirma. “As alterações climáticas estão a alterar as características estruturais, a frequência, a intensidade e o movimento dos furacões, e não podemos confiar no passado.”

Em vez disso, Sarhadi e os seus colegas procuraram prever o risco de inundações de furacões numa região num clima em mudança, utilizando uma metodologia de avaliação de risco baseada na física. Eles primeiro combinaram simulações da atividade de furacões com modelos oceânicos e atmosféricos acoplados ao longo do tempo. Com as simulações de furacões, desenvolvidas originalmente por Emanuel, os investigadores espalham virtualmente dezenas de milhares de “sementes” de furacões num clima simulado. A maioria das sementes se dissipa, enquanto algumas se transformam em tempestades de categoria, dependendo das condições do oceano e da atmosfera.

Quando a equipe conduz essas simulações de furacões com modelos climáticos das condições oceânicas e atmosféricas sob certas projeções de temperatura global, eles podem ver como os furacões mudam, por exemplo, em termos de intensidade, frequência e tamanho, sob condições climáticas passadas, atuais e futuras.

A equipe procurou então prever com precisão o nível e o grau de inundações compostas de futuros furacões nas cidades costeiras. Os pesquisadores primeiro usaram modelos de chuva para simular a intensidade da chuva para um grande número de furacões simulados, depois aplicaram modelos numéricos para traduzir hidraulicamente a intensidade da chuva em inundações no solo durante a chegada dos furacões, fornecendo informações sobre uma região, como sua superfície e características topográficas. Eles também simularam as ondas de tempestade dos mesmos furacões, usando modelos hidrodinâmicos para traduzir a velocidade máxima do vento dos furacões e a pressão ao nível do mar na altura das ondas nas áreas costeiras. A simulação avaliou ainda a propagação das águas oceânicas nas áreas costeiras, causando inundações costeiras.

Em seguida, a equipe desenvolveu um modelo hidrodinâmico numérico para prever como duas fontes de inundações induzidas por furacões, como tempestades e inundações provocadas pela chuva, interagiriam simultaneamente no tempo e no espaço, à medida que furacões simulados atingissem regiões costeiras como Nova York. Cidade, tanto no clima atual como no futuro.  

“Há uma interação hidrodinâmica complexa e não linear entre inundações causadas por ondas de água salgada e inundações causadas por chuvas de água doce, que formam inundações compostas que muitos métodos existentes ignoram”, diz Sarhadi. “Como resultado, eles subestimam o risco de inundações complexas.”

Com o método de previsão de inundações implementado, a equipe aplicou-o a um caso de teste específico: a cidade de Nova York. Eles usaram o método multifacetado para prever o risco da cidade de inundações compostas por furacões e, mais especificamente, por furacões do tipo Sandy, em climas presentes e futuros. As suas simulações mostraram que as probabilidades da cidade sofrer inundações do tipo Sandy aumentarão significativamente nas próximas décadas à medida que o clima aquecer, de uma vez a cada 150 anos no clima atual, para cada 60 anos até 2050, e a cada 30 anos até 2099.

Curiosamente, descobriram que grande parte deste aumento no risco tem menos a ver com a forma como os próprios furacões mudarão com o aquecimento dos climas, mas com a forma como os níveis do mar aumentarão em todo o mundo.

“Nas próximas décadas, assistiremos a uma subida do nível do mar nas zonas costeiras e também incorporámos esse efeito nos nossos modelos para ver até que ponto isso aumentaria o risco de inundações compostas”, explica Sarhadi. “E, de fato, vemos que o aumento do nível do mar está desempenhando um papel importante na amplificação do risco de inundações causadas por furacões na cidade de Nova York.”

A metodologia da equipe pode ser aplicada a qualquer cidade costeira para avaliar o risco de inundações compostas por furacões e tempestades extratropicais. Com esta abordagem, Sarhadi espera que os decisores possam tomar decisões informadas relativamente à implementação de medidas adaptativas, tais como o reforço das defesas costeiras para melhorar as infraestruturas e a resiliência da comunidade.

“Outro aspecto que destaca a urgência da nossa investigação é o aumento projetado de 25% nas populações costeiras até meados do século, levando a uma maior exposição a tempestades prejudiciais”, diz Sarhadi. “Além disso, temos trilhões de dólares em ativos situados em áreas costeiras propensas a inundações, necessitando de estratégias proativas para reduzir os danos causados por inundações compostas causadas por furacões sob um clima mais quente.”

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela Homesite Insurance.