När staden Houston fortsätter att återhämta sig och återuppbyggas efter den historiska översvämningen som utlöstes av orkanen Harvey, regionen kommer också att behöva förbereda sig för en framtid där stormar av Harveys magnitud är mer sannolikt att inträffa.

En ny MIT-studie, publiceras online denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences , rapporterar att allt eftersom klimatförändringarna fortskrider, staden Houston, och Texas i allmänhet, kommer att möta en ökande risk för förödande, Nederbörd i Harvey-skala.

Enligt studien, delstaten Texas hade en 1 procents chans att uppleva regn av Harveys magnitud för ett givet år mellan 1981 och 2000. I slutet av detta århundrade, den årliga sannolikheten för att orkanen Harveys regnrekord återvänder till Texas kommer att stiga till 18 procent, om ökningen av växthusgasutsläppen till atmosfären fortsätter obehindrat.

Om risken för en sådan händelse under detta århundrade ökade stadigt, linjärt mode, det skulle innebära att det fanns en 6 procents chans att ha Harveys omfattning av nederbörd i Texas i år.

"Du slår tärningen varje år, " säger studieförfattaren Kerry Emanuel, Cecil och Ida Green professor i atmosfärisk vetenskap och meddirektör för Lorenz Center vid MIT. "Och vi tror att oddsen för en översvämning som Harvey förändras."

När det förflutna inte är vägledande

I kölvattnet av en stor katastrof, Emanuel säger att det är naturligt, och i vissa fall väsentliga, att fråga om och hur snart en sådan händelse kommer att inträffa igen.

"Anta att du är borgmästare i Houston, och du har precis haft en fruktansvärd katastrof som kostat dig en otrolig förmögenhet, och du kommer att under de närmaste åren försöka få ordning på saker och ting i din stad, " säger Emanuel. "Ska du installera ett mer avancerat stormavloppssystem som kan kosta miljarder dollar, eller inte? Svaret på den frågan beror på om du tror att Harvey var en engångsföreteelse – mycket osannolikt att hända någon gång under de kommande 100 åren – eller om det kan vara vanligare än du trodde."

Att titta på historiska register över extrema regn kommer inte att ge mycket insikt i framtiden, säger Emanuel. Det beror på att tidigare mätningar har varit fläckiga och svåra att extrapolera över större regioner, och perioden under vilken nederbördsdata har registrerats är relativt kort. Vad mer, klimatförändringarna förändrar oddsen när det gäller frekvensen av högintensiva stormar runt om i världen.

"Om den underliggande statistiken förändras, det förflutna kanske inte är en bra guide till framtiden, " skriver Emanuel i tidningen.

Istället, forskare vänder sig till klimatmodeller för att försöka förutsäga framtiden för stormar som Harvey. Men där, utmaningar uppstår också, eftersom modeller som simulerar klimatförändringar i global skala gör det med relativt grov upplösning, runt hundratals kilometer, medan orkaner kräver upplösningar på några kilometer.

"[Klimatmodeller] simulerar slaskiga orkanliknande stormar, men de är väldigt dåligt lösta, " Emanuel säger. "Vi har inte den beräkningsmässiga eldkraften för att lösa stormar som orkaner i dagens klimatmodeller."

Orkaner, inbäddad

Emanuel och hans kollegor hade tidigare utarbetat en teknik för att simulera orkanutveckling i ett föränderligt klimat, med hjälp av en specialiserad beräkningsmodell som de utvecklade som simulerar orkaner med höga rumsliga upplösningar. Modellen är utformad så att de kan bädda in den i grövre globala klimatmodeller – en kombination som resulterar i exakta simuleringar av orkaner i ett globalt föränderligt klimat.

Emanuel använde teamets teknik för att modellera tidigare och framtida orkanaktivitet för både staden Houston och delstaten Texas. Att göra så, han bäddade först in orkanmodellen i tre rutnätsanalyser – simuleringar av globalt klimat, baserat på faktiska data från det förflutna - för att simulera orkanaktivitet nära Houston mellan 1980 och 2016.

Han sådde slumpmässigt varje klimatmodell med hundratusentals "proto-orkaner, "eller tidiga stormar, varav majoriteten naturligt försvinner och inte växer till att bli fullfjädrade orkaner. Av de återstående stormarna, han fokuserade på 3, 700 stormar som passerade inom 300 kilometer från Houston mellan 1980 och 2016. Han noterade sedan frekvensen av stormar som producerade 500 millimeter nederbörd eller mer – mängden regn som ursprungligen uppskattades omedelbart efter orkanen Harvey.

Under denna historiska period, han beräknade att sannolikheten för att en Harvey-liknande storm skulle producera minst 500 millimeter regn i Houston var ungefär en gång på två, 000 år. En sådan händelse, han skriver, var "'biblisk' i den meningen att det troligen inträffade en gång sedan Gamla testamentet skrevs."

Stormiga odds

För att få en uppfattning om hur denna sannolikhet, eller risk för en sådan storm, kommer att förändras i framtiden, han gjorde samma analys, denna gång bäddar in orkanmodellen i sex globala klimatmodeller, och kör varje modell från åren 2081 till 2100, under ett framtidsscenario där världens klimat förändras till följd av oförminskad ökning av utsläppen av växthusgaser.

Medan Houstons årliga risk att råka ut för en 500-millimeters nederbörd var omkring 1 av 2, 000 i slutet av förra seklet, Emanuel fann att stadens årliga odds kommer att öka avsevärt, till en av 100 i slutet av detta århundrade.

När han utförde samma uppsättning analyser för Texas som helhet, han fann det, i slutet av 1900-talet, staten stod inför en risk på 1 procent varje år att uppleva en storm i Harvey-skala. I slutet av detta århundrade, att den årliga risken ökar till 18 procent. Om denna ökning sker linjärt, han räknar ut att i år, statens odds låg på cirka 6 procent – ​​en sexfaldig ökning sedan slutet av 1900-talet.

"När du tar en mycket, mycket sällsynt, extrem nederbörd som orkanen Harvey, och du flyttar fördelningen av regn mot tyngre mängder på grund av klimatförändringar, du får riktigt stora förändringar i sannolikheten för dessa sällsynta händelser, " Emanuel säger. "Människor måste förstå att skador vanligtvis orsakas av extrema händelser."

Emanuel hoppas att studiens resultat kommer att hjälpa stadsplanerare och regeringstjänstemän att bestämma var och hur man ska bygga om och befästa infrastruktur, samt om man ska koda om byggnormer för att stå emot starkare stormar och mer skadliga översvämningar.

"Vi ser för Texas en händelse vars årliga sannolikhet var 1 procent i slutet av förra seklet, och det kan vara 18 procent i slutet av detta århundrade, " säger Emanuel. "Det är en enorm ökning av sannolikheten för den händelsen. Så, folk hade bättre planer för det."