Översvämning i Otey, Texas, efter orkanen Harvey 2017. Detta är en av en serie bilder som tagits av NOAA:s National Geodetic Survey i efterdyningarna av stormen. Bildkredit:NOAA
Orkanen Harvey dumpade mer än 5 fot (1,5 meter) vatten på sydöstra Texas i slutet av augusti 2017, vilket gör den till den blötaste registrerade orkanen i USA:s historia. Men efter att stormen gått över, vart tog allt det vattnet vägen?
I en ny, NASA-ledd studie, forskare använde Global Positioning System (GPS) data för att svara på den frågan och för att spåra inte bara var Harveys dagvatten hamnade på land, men också hur lång tid det tog att försvinna.
"Vi fastställde att under de första åtta dagarna efter landfallet, 30 procent av Harveys dagvatten fångades upp eller lagrades på land – de flesta som stående vatten som sitter på ytan. Cirka 60 procent försvann eller dränerades ut i havet och Galveston Bay under de första dagarna efter stormen, och de återstående 10 procenten gick förlorade via evapotranspiration, eller en kombination av avdunstning och växttranspiration, " sa första författare Chris Milliner från NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien.
De 30 procent av vattnet som lagrades på land försvann sedan gradvis under en period av cirka fem veckor, troligen genom evapotranspiration, grundvattenavrinning till närliggande floder och påfyllning av akviferer.
Hur det fungerar
Består av satelliter, mottagare och markstationer runt om i världen, GPS tillåter forskare att mäta förändringar i jordens yta med en noggrannhet på mindre än en tum (några millimeter). Det fungerar ungefär som GPS på din mobiltelefon men med större noggrannhet. Studiegruppen använde dagliga höjdmätningar från cirka 220 av dessa markstationer, från västra Texas till Louisiana, att spåra förändringar i mängden dagvatten på land efter orkanen.
Animation visar förändringar av GPS vertikala positioner efter Harvey över tid. De varmare färgerna representerar områden där ytan är nedtryckt från vikten av Harveys vatten. Den röda linjen är Harveys faktiska väg. GPS mätte sättningen, eller ytfördjupning, runt Houston (bildens mitt) för att vara strax under en tum (22 mm). Mönstret av sättningar migrerade också över Gulf Coast mot västra Louisiana under en sjudagarsperiod som sammanföll med orkanens position. Kredit:NASA / JPL-Caltech
"När du sitter på en madrass, din vikt trycker ner dess yta. Jordskorpan är också elastisk och beter sig på liknande sätt under tyngden av vatten, " sa Milliner. "GPS mäter mängden sättningar (eller depression), som talar om hur mycket vattenmassa som måste trycka på ytan och var vattnet fördelas."
Teamet fastställde att under de första dagarna efter orkanen Harvey, marken runt Houston sänktes i höjd med så mycket som 20 millimeter. GPS-data spårade också ett tydligt mönster av landsättningar som migrerade över Gulf Coast under en sjudagarsperiod, överensstämmer med orkanen Harveys ståndpunkt. Efter denna första landsättning, mätningar från GPS-stationer visade att jordens yta gradvis steg upp igen, vilket tyder på att vatten rinner ut och avdunstar från land – precis som en madrass beter sig när du sakta reser dig upp och tar bort din vikt från den.
För att upptäcka jordens madrassliknande svar på förändringar i vattenmassa, teamet var först tvungen att bearbeta GPS-data för att ta bort systematiska fel som kallas common mode error (CME). CME fungerar i huvudsak som "brus" som maskerar den hydrologiska signalen. Med hjälp av ett oberoende komponentanalysfilter, teamet kunde statistiskt separera rå GPS-data i CME och hydrologiska signaler. Detta gjorde det möjligt för dem att kassera signalen som var brus och extrahera den subtila hydrologiska signalen de sökte.
Med filtrerad GPS-data, forskare kunde bestämma den dagliga storleken och platsen för ytsänkningen och utifrån detta beräkna den dagliga vattenmassan som orsakade den.
Denna animation visar jordens elastiska reaktion på att öka och minska en vattenbelastning på ytan. Mängden depression motsvarar den förväntade depression ytan genomgick på grund av tyngden av orkanen Harveys dagvatten. Kredit:NASA / JPL-Caltech
Varför det spelar roll
Studien visar - för första gången - att det är möjligt att på ett robust sätt kvantifiera dagliga förändringar i vattenlagring efter extrema nederbördshändelser som stora orkaner. Det låter oss se hur mycket vatten som tillfälligt lagras på land efter en stor orkan, var den förvaras, och hur lång tid det tar för lagrat vatten att försvinna över tiden.
Forskare som vill förstå hur det hydrologiska systemet beter sig som svar på stora stormar drar nytta av denna information, men det gör också vatten- och översvämningshanterare. Om de vet hur mycket vatten som lagrades på land och hur lång tid det tog för vattnet att skingras efter en större nederbördshändelse, de har en tydligare förståelse för vad de kan förvänta sig när nästa major, regnintensiv storm slår till — och kan förbereda sig därefter.
Studien, med titeln "Spåra vikten av orkanen Harveys dagvatten med hjälp av GPS-data, " publicerades nyligen av tidskriften Vetenskapens framsteg .
