Houstons stadslandskap bidrog direkt till skyfallen och de dödliga översvämningarna som upplevdes under orkanen Harvey i augusti 2017, enligt Princeton och University of Iowa forskare. Forskarna rapporterar i tidskriften Natur 15 november att Houstons risk för extrema översvämningar under orkanen – en kategori 4-storm som orsakade uppskattningsvis 125 miljarder dollar i skador och dödade 68 människor – var 21 gånger större på grund av urbanisering.

Använda datormodeller och väderdata, forskarna återskapade orkanen Harvey och jämförde den totala nederbörden med urban uppbyggnad med total nederbörd utan urban uppbyggnad. Resultaten indikerar att mänskligt skapad utveckling hjälpte till att skapa en blötare orkan - en som föll 40 till 60 tum regn under fyra dagar - samt mer allvarliga översvämningar, med högre översvämningstoppar och större totala skador.

Resultaten belyser den mänskliga rollen i extrema väderhändelser, samt behovet av att beakta stads- och förortsutveckling när man beräknar orkanrisk och förbereder sig för orkanskador och återhämtning, sa författarna. Studien accentuerar också behovet av att förstå den förvärrade mänskliga påverkan på nederbörd och översvämningar orsakade av urbanisering och klimatförändringar.

"Vårt fokus på urbaniseringens roll syftade till att ge ett fullständigare perspektiv av mänskliga aktiviteter på Harveys nederbörd och översvämningar, " sa medförfattaren Gabriel Vecchi, en Princeton-professor i geovetenskap och Princeton Environmental Institute (PEI). "Människor har påverkat både klimatet, genom utsläpp av växthusgaser, och den lokala miljön runt Houston genom urbanisering på sätt som vi trodde kunde ha påverkat regn och översvämningar från Harvey."

Forskarna fann att när Houstons stadscentrum växte uppåt och utåt, översvämningsrisken förändrats, inklusive en större risk för högre översvämningstoppar och mer allvarliga och farliga översvämningar totalt sett. När stadens mil av ogenomträngliga trottoarer och gator ökade, kraftiga regn kunde inte absorberas i marken.

"Med tanke på att orkanvindar och nederbörd förväntas intensifieras i framtiden, och att urbaniseringen längs våra kuster också förväntas fortsätta att öka, vårt arbete belyser behovet av att förstå riskerna och att implementera lämpliga strategier för att lindra översvämningar, " sa huvudförfattaren Wei Zhang, en assisterande forskare vid Iowas IIHR—Hydroscience and Engineering Research Center.

Mycket av den vetenskapliga analysen som följde på orkansäsongen 2017 fokuserade på klimatets roll – inklusive den övergripande uppvärmningen av planeten – för att bestämma en orkans fysiska styrka och totala mängd nederbörd. Princeton och Iowa-forskarna bestämde sig för att ta en annan, men kompletterande, och tittade på urbaniseringens möjliga roll.

"Orkanen Haveys inverkan på Houston belyser faror för kuststäder längs Gulf Coast och östra kusten i USA, " sa medförfattaren James Smith, en Princeton-professor i civil- och miljöteknik och PEI-associerad fakultet. "En olycklig återkommande prestation från orkanen Florence i år understryker problemen med extrema tropiska cykloner i urbana miljöer."

Forskarna experimenterade med olika datormodeller för att simulera orkanen Harveys nederbörd i Houston, först tittar på total nederbörd med stadens nuvarande stadsprofil, sedan vid nederbörd för samma geografiska område men med öppna fält och grödor i stället för gator och skyskrapor. De fann att de icke-urbana områdena fick betydligt mindre nederbörd, och att nederbördsmönstren var betydligt annorlunda än i tätorterna.

Anledningen var att "ytråhet" på grund av förekomsten av mänskligt skapade strukturer skapar en "drageffekt" på orkaner. Denna effekt uppstår när kraftiga vindar slår mot höga byggnader, skapar friktion. I fallet med orkanen Harvey, vindar flyttade varm ytluft längre upp i atmosfären, skapar därmed en optimal situation för molnbildning och nederbörd.

"När orkanen Harvey blåste in i Houston, den fastnade bokstavligen på stadens höga skyskrapor och torn, sa Gabriele Villarini, docent i anläggnings- och miljöteknik och chef för IIHR. "Friktionen orsakad av kraftiga vindar som stötte mot höga byggnader skapade en motståndseffekt som påverkade luft- och värmerörelser och resulterade i optimala förhållanden för nederbörd."

Med hjälp av statistiska modeller, forskarna tittade också på förändringar i översvämningstoppar från år till år och jämförde dem med nederbördsmängder och befolkningstillväxt, en proxy för urbanisering. De jämförde dessa resultat med översvämningstoppar från 1950-talet, en period som föregår stadsutvecklingen i Houston, och återigen fann ett positivt samband mellan urban tillväxt och ökad översvämningsrisk.

"Urbanisering är i allmänhet förknippad med en betydande minskning av dagvatteninfiltration, ", sa Villarini. "Houston har upplevt en av de mest imponerande stadsutvecklingsboomarna i USA:s historia, och med tillväxten kommer en ökning av ogenomträngliga ytor. Denna ökning av urbaniseringen, i kombination med regionens platta lerterräng, representerar en mycket problematisk blandning, även med översvämningsdämpande åtgärder."

Forskarna varnar för att underlåtenhet att ta hänsyn till urbana faktorer när det gäller orkanförberedelser kan innebära allvarliga och kostsamma problem för kuststäder.

"Även om den här forskningen inte kan extrapoleras till varje kuststadsområde i landet, det belyser de oväntade kostnaderna för utveckling, ", sa Villarini. "För varje ny väg som hälls ut och för varje nytt höghus som byggs, det finns en ökad risk för mer ogynnsam nederbörd och översvämningar, och det är verkligen något som stadstjänstemän och invånare bör tänka på när de överväger framtida tillväxt."

Pappret, "Urbaniseringen förvärrade nederbörden och översvämningarna orsakade av orkanen Harvey i Houston, " publicerades 15 november av Natur .