Новая компьютерная модель показывает, что в связи с изменением климата на Земле в будущем может уже не потребоваться ливень, чтобы вызвать повсеместное разрушение дорожных сетей. Модель объединила данные о дорожных сетях с информацией о рельефе местности, чтобы выявить «переломные моменты», при которых даже небольшое локальное увеличение количества осадков способно привести к массовым сбоям на дорогах.
Результаты, которые были проверены с использованием данных о воздействии урагана Харви на район Хьюстона, были опубликованы сегодня в журнале Nature Communications.
«Чтобы подготовиться к изменению климата, мы должны знать, где наводнения приводят к самым значительным проблемам в транспортных маршрутах. Сетевые науки обычно указывают на пути с наибольшим дорожным трафиком. Однако в нашей модели все совсем иначе», – отметил Цзянси Гао, доцент кафедры информатики в Ренсселерском политехническом институте и ведущий автор исследования. «Даже небольшое повреждение, вызванное наводнением, может привести к внезапному распространению сбоев по всей дороге».
Гао, специалист по сетевым наукам, работал вместе с учеными-экологами в Пекинском педагогическом университете и физиком из Бостонского университета, чтобы согласовать традиционные научные сетевые модели, которые показывают, как конкретные сбои влияют на дорожную сеть, с экологическими научными моделями, предсказывающими, как топография влияет на наводнение. Традиционная сетевая наука предсказывает постоянные уровни ущерба, и в этом случае выбивание из эксплуатации второстепенных дорог или перекрестков должно привести лишь к незначительному повреждению сети. Но если учесть то, как вода течет по земле, то добавление топографической информации позволяет получить более точный прогноз.
Во Флориде увеличение количества осадков с 30 до 35 миллиметров повредило 50 процентов дорожной сети. А в Нью-Йорке Гао обнаружил, что повышение показателя более чем на 45 миллиметров способно изолировать всю северо-восточную область штата от внутренней части Соединенных Штатов.
В китайской провинции Хунань увеличение количества осадков с 25 до 30 миллиметров выбило из эксплуатации 42 процента сети автомобильных дорог. В провинции Сычуань увеличение количества осадков с 95 до 100 миллиметров выбивает 48,7 процента дорожной сети. В целом, увеличение количества осадков с 160 до 165 миллиметров выбивает 17,3 процента дорожной сети в Китае и резко изолирует западную часть материкового области страны.
Исследователи подтвердили свою модель, сравнив прогнозируемые результаты с наблюдаемыми сбоями на дорогах в Хьюстоне и юго-восточном Техасе, вызванными ураганом Харви. Их модель спрогнозировала 90,6 процента заявленных перекрытий дорог и 94,1 процента заявленных затопленных улиц.
«Мы подтвердили данные. Ураган Харви вызвал одни из самых обширных сбоев на дорогах в истории США, и наша модель предсказала эти повреждения», – заявил Гао. «Добавление трехмерной топографической информации показало более необычные схемы сбоев, чем мы ожидали, но теперь мы разработали математические уравнения для прогнозирования этих событий».