Historiskt sett, tropiska cykloner (även kända som orkaner) har sällan träffat Mumbai, Indien. Men hur kommer framtida stormar att påverka denna kuststad vid Arabiska havet? Det är fokus för en ledande studie som pågår av Lamont-Doherty Earth Observatorys initiativ om extremt väder och klimat.

"Medan flera cykloner slog till i staden under den sjuttonde, artonde, och artonhundratalet, Mumbais nyare historia har inte sett ett betydande landfall av cyklon, sa professor Adam Sobel, huvudforskaren i projektet. "Men den senaste tidens historia är inte en adekvat vägledning för framtiden när det gäller extrema väderhändelser. Fråga bara alla invånare i New York City."

Den katastrofala översvämningen som följde Superstormen Sandys landfall 2012 hade också verkat vara en avlägsen möjlighet, påpekar Sobel. Innan Sandy, New York hade inte upplevt några allvarliga konsekvenser av ett orkanfall sedan 1821. "Att ha Sandy fortfarande fräscht i våra sinnen hjälper till att motivera detta [Mumbai] -projekt."

Beslutet att fokusera specifikt på Mumbai växte fram ur ett samtal med den världsberömda romanförfattaren Amitav Ghosh, som nådde ut med en fråga efter att ha läst Sobels kritikerrosade bok, Stormflod:orkanen Sandy, Vårt förändrade klimat, och det förflutnas och framtidens extrema väder. Ghosh frågade om möjligheten att en tropisk cyklon skulle träffa Mumbai, och frågan blev drivkraften för den nya forskningen.

Unika sårbarheter

Om en allvarlig cyklon skulle slå till i Mumbai, resultaten kan bli katastrofala, säger Sobel, eftersom staden är mycket lågt belägen, starkt utvecklad ända till stranden, och tätbefolkad. "Det är precis receptet på en fruktansvärd katastrof:hög sårbarhet och låg medvetenhet om risken. Nödplanering är avgörande."

Sobel föreslog projektet "Storm surge risk to Mumbai" i början av förra året och fick stöd från Global Innovation Fund för ett litet projekt.

Mumbais fysiska egenskaper skulle utsätta staden och dess invånare för stor skada om en cyklon skulle landa. Staden är till stor del byggd på konstgjord mark och skulle bli allvarligt översvämmad av en stormflod på några meters höjd, som till och med en måttligt svår cyklon skulle kunna ge. Kyle Mandli, en biträdande professor vid Columbia University och en medlem av forskargruppen, har utfört preliminära simuleringar som visar att djupet och formen på havsbotten utanför Mumbais kust verkar gynna en sådan våg. Den senaste utvecklingen av staden har tagit bort mycket av det naturliga kapitalet, såsom mangrove och översvämningsslätter vid kusten, som historiskt sett skulle ha erbjudit skydd.

Projektet undersöker också effekterna av klimatförändringar och havsnivåhöjningar. Eftersom havet skulle börja på en högre nivå om en storm slår till, den resulterande stormfloden skulle orsaka en djupare översvämning än den skulle ha gjort tidigare när den lokala havsnivån var lägre.

Att förutsäga det oförutsägbara

Kärnan i forskningen bygger på nya modeller, utvecklad på Lamont, att studera både sannolikheten för tropisk cyklon och stormflodens fysik. Dessa datormodeller projicerar risker långt in i framtiden. Klimatförändringar är en del av beräkningen.

"Vår preliminära bedömning indikerar att staden för närvarande har alla ingredienser på plats för en riktigt hemsk katastrof, " sade Sobel. "Denna utsikter motiverar behovet av en ordentlig, kvantitativ, vetenskaplig bedömning av denna risk, "—vilket är precis vad hans team arbetar med.

För att mäta risken, Sobel och forskargruppen – inklusive Lamonts Suzana Camargo, Chia-Ying Lee, Kyle Mandli, såväl som Michael Tippett från Institutionen för tillämpad fysik och tillämpad matematik och Zachary Burt från Mailman School of Public Health – arbetar först med att beräkna sannolikheten för att en intensiv tropisk cyklon ska landa i Mumbai. Andra, de mäter stormfloden och den totala översvämningsnivån som skulle bero på en tropisk landning av cykloner. Båda stegen utförs för en rad möjliga spår, intensiteter, och storleken på de tropiska cyklonerna, att korrekt karakterisera risken på ett probabilistiskt sätt.

Eftersom tropiska cykloner inte simuleras väl i globala klimatmodeller, den tropiska cyklonberäkningen kräver en specialiserad modell för "nedskalning" - det vill säga, simulera tropiska cykloner i mindre skala med information om det stora klimatet. Forskare genererar en stor uppsättning syntetiska tropiska cykloner från vilka de kan uppskatta sannolikheten för landfall som är för sällsynta för att vara väl representerade i det historiska dokumentet. Sobel och kollegor har utvecklat en prototyp för tropisk nedskalningsmodell, som är unikt och även tillgängligt för allmänheten och andra forskare. Teamet kommer att jämföra sin simulering med en annan, tillgänglig för tillfället, modell så att de kan jämföra de två modellerna för en bättre uppskattning.

"Jag räknar med att vi i slutet av två år kommer att ha en riskbedömning av sannolikheten för en cyklon och uppskattningar av översvämningshotet, "sa Sobel." Men vi utökar nu projektets omfattning för att undersöka de potentiella ekonomiska och hälsoeffekterna av översvämningar. "Han har börjat söka ytterligare finansiering och utforska vetenskapliga samarbeten för att fortsätta denna forskningsinriktning.

Partners i problemlösning

Studien är ett samarbete med Columbia Global Center i Mumbai. Webbplatsen i Mumbai är en av åtta Columbia University Global Centers. Vid varje center, universitetet strävar efter att bilda samarbeten med regionala samhällen och forskare för att utforska lösningar på världens största problem. Direktören för Mumbai Global Center, Ravina Aggarwal, har anammat Lamont-projektet som en möjlighet att öka medvetenheten om Mumbais extrema väderrisk.

"Även om cykloner kanske inte ses som det överhängande hotet i en stad som är resursknäckt och behöver göra val, studien gör det möjligt för människor som bryr sig om klimatet att mötas. Potentialen att undvika katastrofer med olika intervall blir starkare, sa Aggarwal.

Projektet överensstämmer också med en nyligen lanserad universitetsprioritet, Columbia World Projects, som har åtagit sig att utnyttja universitetets kraft för att få största möjliga inverkan på globala problem.

Genom att avancera detta arbete innan Mumbai står inför en riktig tropisk cyklon, staden kommer förhoppningsvis att ha informationen och insiktsfulla strategier för att rädda egendom och liv.