VIMS模型现在可以预测街道级别的风暴潮
测试表明，它可以准确预测桑迪期间纽约市的洪水
在飓风桑迪期间，涌进纽约市运河和哈德逊街道交汇处的水——这只是其中一个被洪水蹂躏的地方——最终被数百英里外大西洋上的旋流力量吹上岸。
这一简单的事实不仅表明了热带气旋的规模和威力，而且表明了在最有效地准备应对措施所需的精细尺度上建立模型和预测其沿海洪水潜力的难度。
现在，一项由王哈利教授William & 玛丽的弗吉尼亚海洋科学研究所的研究员展示了在单个社区和街道的水平上预测飓风风暴潮的能力——比目前的操作方法要精细得多。
这项发表在3月19日《海洋科学与工程杂志》上的研究表明，通过正确的输入，该团队的高分辨率计算机模型能够模拟出与2012年10月下旬飓风桑迪接近和登陆期间纽约市及周边地区观测到的水位在6-8英寸以内。这包括曼哈顿的部分地区，那里的建筑物和其他基础设施以异常复杂的方式转移和引导洪水。
“风暴潮建模是一个棘手的问题，”王说。“人们对洪水的可能性很感兴趣，比如他们的房子、办公室或街道。”但他说，要使预测模型起作用，“我们必须解决边界条件——潮汐和风的数据——非常遥远，进入开阔的海洋。我们必须提前获得这些信息，以便有足够的时间让相关人员和机构做出反应。”
Wang和他的建模团队——VIMS的研究人员Derek Loftis， Zhuo Liu， David Forrest和Joseph zhang——通过“后播”飓风桑迪沿着美国大西洋海岸登陆进行了他们的研究。在这项技术中，科学家们用过去事件发生前收集的数据建立一个计算机模型，然后通过将模型的输出结果与事件发生时记录的观测结果进行比较，来测试模型的准确性。
在他们的测试案例中，王和同事们首先使用了一个名为SELFE的大型模型来预测从佛罗里达到新斯科舍的整个东海岸由桑迪引起的水位变化。他们通过输入沿模型开放海洋边界的正常潮汐条件的数据来初始化SELFE，该边界被绘制在离岸近1500英里的地方。他们让模型提前10天“旋转”，然后在风暴进入模型网格后再提前5天，以6分钟的时间步骤添加风速、风向和气压的数据。他们从美国国家海洋和大气管理局的大尺度北美中尺度模式以及一个单独的精细尺度大气模型RAMS。区域大气模拟系统（rams）是由美国气象局Poquoson办公室开发的私营部门天气数据提供商Weatherflow Inc.．
王强调了一个好的大气模型的重要性。“如果没有准确的风力，你就无法准确预测风暴潮，”他说。“我们很高兴能够使用RAMS，它似乎工作得很好。”
王说，6分钟的时间步也是他们的模型成功的关键。一些风暴潮模型可以以短至3秒的增量计算时间，但这样做需要的计算能力甚至超过了W&M公司的“克隆计算综合体”。“6分钟的时间步长可以让我们在40分钟内运行5天的模拟，”王说。“这就是预测所需的快速运行时间。”
Wang的团队的第二步是使用“大域”SELFE模型的输出——他们通过与美国国家海洋和大气管理局（NOAA）在长岛和切萨皮克湾之间的潮汐测量仪的实际读数进行比较来验证——来驱动一个分辨率更高的模型，重点关注纽约市及其港口。这种“亚网格淹没模型”结合了激光雷达收集的高分辨率高程数据，激光雷达是一种制图技术，利用机载激光将地面表面绘制到距离实际高度几英寸的范围内。
“高分辨率的水动力学模型对于解释局部特征的影响至关重要，”王说。“当洪水涌入城市时，它会遇到从海滨护堤到街道、铁路、公园、高速公路、地铁站、桥梁和各种建筑的一切。”这些结构和表面不仅分流和引导水，而且提供不同程度的摩擦，也必须建模。
VIMS院长兼主任约翰·威尔斯称该团队的亚电网淹没模型的结果是风暴潮预测的“突破”——该模型的输出结果与美国地质调查局在桑迪期间记录的纽约市水位差6到8英寸。美国地质勘探局通过在风暴期间在选定地点部署临时潮汐计来测量桑迪的洪水，并在之后派出观察员小组记录建筑物、道路和其他基础设施上的泥浆和残骸线。
王说：“我们的结果在时间、淹没面积和洪水深度方面与美国地质勘探局的飓风桑迪地图数据库相比非常有利。水平淹没的最大范围与美国地质勘探局的数值相差不到30米。”
助理研究科学家David Forrest制作的动画以惊人的细节展示了子网格淹没模型的准确性。王说：“动画清楚地展示了水在建筑物周围和街道上的流动。”
他补充说：“我们已经实现了一个有效的平台，可以同时解决大规模风暴潮和高分辨率淹没问题。”“我们未来的计划是加入飓风中起作用的许多其他过程——降雨、过滤、暴雨排水和海浪的影响。这是我们未来发展和进一步改进的目标。”
