När mer regn faller på en värmande planet, en ny datormodell visar att det kanske inte tar en skyfall för att orsaka omfattande störningar i vägnätet. Modellen kombinerade data om vägnät med topografins kullar och dalar för att avslöja "tipppunkter" där även små lokala ökningar av regn orsakar utbredda vägavbrott.

Resultaten, som testades med hjälp av data från orkanen Harveys påverkan på Houston -området, publicerades idag i Naturkommunikation .

"För att förbereda mig för klimatförändringar, vi måste veta var översvämningar leder till de största störningarna i transportvägarna. Nätverksvetenskap pekar vanligtvis på de största interaktionerna, eller de mest besökta rutterna. Det är inte vad vi ser här, "sa Jianxi Gao, biträdande professor i datavetenskap vid Rensselaer Polytechnic Institute, och huvudförfattare till studien. "Lite översvämningsinducerad skada kan orsaka abrupta omfattande misslyckanden."

Gao, en nätverksvetare, arbetat med miljövetare vid Beijing Normal University och en fysiker vid Boston University för att förena traditionella nätverksvetenskapliga modeller som förutsäger hur specifika störningar påverkar ett vägnät med miljövetenskapliga modeller som förutsäger hur topografi påverkar översvämningar. Traditionell nätverksvetenskap förutspår kontinuerliga skador, i så fall skulle utslagning av mindre vägar eller korsningar endast orsaka mindre skador på nätet. Men på grund av hur vatten rinner över land, att lägga till topografisk information ger en mer exakt förutsägelse.

I florida, en ökning från 30 mm till 35 mm nederbörd slog ut 50 procent av vägnätet. Och i New York, Gao fann att avrinningen större än 45 mm isolerade den nordöstra delen av staten från USA:s inre.

I Hunanprovinsen i Kina, en ökning från 25 mm till 30 mm nederbörd slog ut 42 procent av provinsens vägnät. I provinsen Sichuan, en ökning från 95 mm till 100 mm i nederbörd slår ut 48,7 procent av det provinsiella vägnätet. Och totalt sett, och en ökning från 160 mm till 165 mm nederbörd slog ut 17,3 procent av vägnätet i Kina och isolerade plötsligt den västra delen av Kina.

Forskarna validerade sin modell genom att jämföra förutsagda resultat med observerade vägavbrott i Houston och South East Texas orsakade av orkanen Harvey. Deras modell förutspådde 90,6 procent av de rapporterade vägavstängningarna och 94,1 procent av de rapporterade översvämmade gatorna.

"Vi knäckte uppgifterna. Orkanen Harvey orsakade några av de mest omfattande vägavbrotten i USA:s historia, och vår modell förutspådde den skadan, "Gao sa." Lägga till 3D-information orsakar mer ovanliga misslyckande mönster än vi förväntat oss, men nu har vi utvecklat de matematiska ekvationerna för att förutsäga dessa mönster. "