När orkanen Maria drabbade Puerto Rico frontalt som en kategori 4-storm med vindar upp till 155 miles per timme i september 2017, det skadade hem, översvämmade städer, ödelade öns skogar och orsakade det längsta strömavbrottet i USA:s historia.

Två nya forskningsansträngningar från NASA fördjupar sig i orkanen Marias långtgående effekter på öns skogar som ses i flygundersökningar och på invånarnas tillgång till energi och elektricitet som ses i data från rymden. Resultaten, presenterades på måndagen vid American Geophysical Unions möte i Washington, illustrera den svindlande omfattningen av orkanen Marias skador på både den naturliga miljön och samhällena.

En ö som blivit mörk

På natten, Jorden lyser upp i ljusa strängar av vägar prickade med pärlliknande städer och städer när mänskligt skapat artificiellt ljus står i centrum. Under orkanen Maria, Puerto Ricos ljus slocknade.

I dagarna, veckor och månader som följde, forskarfysikolog Miguel Román vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och hans kollegor utvecklade kartor i grannskapsskala över belysning i samhällen över hela Puerto Rico. Att göra detta, de kombinerade dagliga satellitdata om jorden på natten från NASA/NOAA Suomi National Polar-omloppspartnerskapssatellit med USGS/NASA Landsat-data och OpenStreetMap-data. De övervakade var och när elnätet återställdes, och analyserade demografin och de fysiska egenskaperna hos stadsdelar som påverkades längst av strömavbrotten.

En oproportionerligt stor andel av långvariga strömavbrott inträffade på landsbygden. Studien visade att 41 procent av Puerto Ricos landsbygdskommuner upplevde långa perioder av avbrott, jämfört med 29 procent av tätorterna. När de kombineras, strömavbrott i Puerto Ricos landsbygdssamhällen stod för 61 procent av den uppskattade kostnaden för 3,9 miljarder kundavbrottstimmar, sex månader efter orkanen Maria. Dessa regioner är främst landsbygden i det bergiga inlandet av ön där invånarna var utan ström i över 120 dagar. Dock, ännu mer tätbefolkade områden hade varierande återhämtning mellan stadsdelar, med förorter som ofta släpar efter stadskärnor.

Skillnaden mellan återvinningsgraden i städer och på landsbygden beror delvis på den centraliserade uppbyggnaden av Puerto Ricos energinät som leder all kraft till prioriterade platser snarare än baserat på närhet till närmaste kraftverk, sa Román. Områden prioriterades, till viss del, baserat på deras befolkningstäthet, vilket är en nackdel för landsbygden. Inom städer, småhus och lågtäta förortsområden var också utan ström längre.

"Det är inte bara elektriciteten som går förlorad, " sa Román. "Stormskador på vägar, högspänningsledningar och bryggor resulterade i kaskadfel över flera sektorer, göra många områden otillgängliga för återhämtningsinsatser. Så människor förlorade tillgången till andra grundläggande tjänster som rinnande vatten, sanering, och mat under längre tidsperioder."

Frånvaron av elektricitet som syns i nattljusdata erbjuder ett nytt sätt att visualisera stormpåverkan på sårbara samhällen över hela Puerto Rico dagligen. Det är en indikator som är synlig från rymden att kritisk infrastruktur, bortom makten, kan också skadas, inklusive tillgång till bränsle och andra nödvändiga förnödenheter. De lokala samhällena med långvariga strömavbrott motsvarar också områden som rapporterat bristande tillgång till medicinska resurser.

Nästa steg för Román när man tittar på framtida katastrofer är att gå bortom nattljusdata och synkronisera den med uppdaterad information om lokal infrastruktur – vägar, broar, internetuppkoppling, rena vattenkällor - så att när lamporna är släckta, katastrofbekämpare kan korsreferera energidata med andra flaskhalsar i infrastrukturen som måste lösas först, som skulle hjälpa till att identifiera riskgrupper och allokera resurser.

Buzz-Cut-skogen

Orkanen Marias surrande regn och vindar förvandlade också Puerto Ricos frodiga tropiska regnskogslandskap. Forskaren Doug Morton från Goddard var en del av teamet av NASA-forskare som hade undersökt Puerto Ricos skogar sex månader före stormen. Teamet använde Goddards Lidar, Hyperspektral, och termisk (G-LiHT) luftburen bildkamera, ett system utformat för att studera skogarnas struktur och artsammansättning. skjuta 600, 000 laserpulser per sekund, G-LiHT producerar en 3D-vy av skogsstrukturen i hög upplösning, visar enskilda träd i hög detalj från marken till trädtopp. I april 2018, efter Maria, teamet gick tillbaka och undersökte samma spår som 2017.

Jämföra före- och efterdata, teamet fann att 40 till 60 procent av de höga träden som bildade skogens tak var skadade, antingen bröts på mitten, rivits upp med rötterna av hårda vindar eller förlorade stora grenar.

"Maria klippte öns skogar, ", sade Morton. "Ön förlorade så många stora träd att skogarnas totala höjd förkortades med en tredjedel. Vi såg i princip 60 års värde av vad vi annars skulle anse att naturliga trädfallsstörningar skedde på en dag."

De omfattande skadorna på Puerto Ricos skogar fick långtgående effekter, sa Morton. Nedfallna träd som inte längre stabiliserar marken i sluttningar med sina rötter samt nedfällda grenar kan bidra till jordskred och skräpflöden, ökad erosion, och dålig vattenkvalitet i bäckar och floder där sediment byggs upp.

Dessutom, lidarundersökningarna över hela ön bekräftar fynden som presenterades vid AGU av ekologen Maria Uriarte vid Columbia University i New York City, som tittade på träddöd och skador i markområden på National Science Foundation Luquillo Long-Term Ecological Research webbplats. Uriarte fann att vissa trädarter var mer mottagliga för de kraftiga vindskadorna, medan andra som handflatorna, överlevde i högre takt, tillsammans med buskar och kortare träd i underplanet.

Morton och Uriarte kommer att fortsätta att följa ödet för Puerto Ricos skogar när de återhämtar sig från orkanskador med hjälp av laserteknik från marken för att göra detaljerade mätningar av skogens återväxt.