I mer än två decennier, Patricia Manuel har sett vattnet stiga runt henne.

Oavsett om det är i Atlantic Canada, Nederländerna, Island eller längs den östra kusten, miljöplaneraren har bevittnat mängden skador som orsakats av inträngande tidvatten, stormfloder och stigande vattennivåer i kustsamhällen som nu blir alltmer sårbara för hav i flöde.

Sammanställningen av förluster inkluderar allt från det vanliga till det exceptionella:en nybyggd strandpromenad översvämmad av svällande tidvatten i västra Newfoundland; drunknade skogar; en kaj nedsänkt under det högsta tidvattnet i en by vid havet i Nova Scotia, där stigande vattennivåer nu inkräktar på historiska strandbyggnader – ofta i hjärtat av kuststäder som nu löper ökad risk för tidvatten och stormflodsöversvämningar. Eller påverkan på hennes hemstad Halifax, där kraftfulla orkaner har skickat vatten strömmande mot stadens pittoreska strandlinje, skada byggnader, riva upp kajer och översvämma en väg som matar trafik in i centrum, trots havsvallar avsedda att avvärja de stigande tidvattnet.

För Dr. Manuel, en professor vid Dalhousie University's School of Planning, de är alla bara tecken på det växande hotet från höjningen av havsnivån och det trängande behovet av att kustsamhällen förbereder sig för det. "Tidvatten når längre i land i sin högsta utsträckning, " säger hon. "Tidvattenzonen rör sig mot land och det betyder att områden där tidvattnet inte hade nått tidigare nu översvämmas."

Ett accelererande hot

Utmaningens allvar beskrevs nyligen i en uttömmande rapport från den FN-ledda mellanstatliga panelen för klimatförändringar, som utfärdade en skarp varning om hur den aldrig tidigare skådade ökningstakten bara kommer att förvärras om lite görs för att stoppa utsläppen av växthusgaser och den globala uppvärmningen.

Rapporten fann att den globala havsnivån steg med cirka 15 centimeter under 1900-talet, men "stiger för närvarande mer än dubbelt så snabbt—3,6 millimeter per år—och accelererar." Ökningstakten var 2,5 gånger snabbare från 2006 till 2016 än den var under nästan hela 1900-talet.

Rapporten förklarar hur havsnivåhöjningen sker när glaciärer och inlandsisar tappar massa, med mycket av det smältvattnet som kommer från Grönland och Antarktis. Ökningen orsakas också av den termiska expansionen av värmande vatten och mänskliga aktiviteter, som till exempel grundvattenutarmning. Författarna varnar för att havsnivån kommer att fortsätta att stiga i århundraden och kan gå upp med en meter till 2100, "även om utsläppen av växthusgaser minskar kraftigt och den globala uppvärmningen begränsas till långt under 2°C."

Om utsläpp lämnas okontrollerade, forskare förväntar sig att miljarder människor kan fördrivas av havsnivåer som stiger flera meter till år 2300. Stigande hav och högre tidvatten hotar också habitat för sårbara arter, historiskt betydelsefulla platser – som fästningen Louisburg, till exempel, i Nova Scotia – och kan förorena vattenförsörjning och jordbruksmark.

I Atlantic Canada, det förutspås att den relativa havsnivåhöjningen under detta århundrade förväntas överträffa det globala genomsnittet och kommer med en hög prislapp. Enligt en expertrapport beställd av den kanadensiska regeringen tidigare i år, havsnivåhöjning och stormfloder kan kosta miljarder i skador för de cirka 6,5 ​​miljoner människor som bor längs Kanadas 243, 000 kilometer kustlinje.

Rapporten, Kanadas största risker för klimatförändringar, varnade för att i vissa områden på den östra kusten skulle en höjning av havsnivån med 50 cm "skulle översvämma vägar, broar, vissa marina anläggningar och kommunal infrastruktur, med ersättning värderad i hundratals miljoner dollar."

"Vi har den här historiska strandpromenaden i Halifax. Den byggdes när havsnivån var ungefär en meter lägre. Byggnaderna är nu närmare tidvattenlinjen och är på havsnivå, så detta är något som vi måste tänka på och hur vi ska reagera på havsnivåeffekter, säger Dr Manuel.

På västkusten, tusentals hektar jordbruk, bostads- och industrimark är "känsliga för översvämning av en havsnivåhöjning på en meter i avsaknad av skyddsstrukturer, " står det i rapporten. Den tillägger att nästan 300, 000 människor i Vancouver lever vid eller under havsytan, skyddas av 127 km vallar som inte är utformade för att ta emot havsnivåhöjningar.

I ekonomiska termer, en rapport från 2016 uppskattade att höjning av havsnivån och stormfloder skulle kunna nå mer än 50 miljarder dollar i nuvärdeskostnader. Många av dessa förväntades uppstå i British Columbia på platser som kanske inte är förberedda för stigande vatten.

Det är där Dr Manuel kommer in.

Samarbetslösningar

Tillsammans med forskare vid kanadensiska institutioner, Dr Maunel studerar olika sätt som kommuner kan förbereda sig för och anpassa sig till havsnivåhöjningen, samtidigt som det ger vägledning om hur man bättre kan placera landbaserad verksamhet med avseende på kusten. Hon arbetar med Eric Rapaport, även med Skolan för planering, Kate Sherren, en docent vid Dalhousies skola för resurs- och miljöstudier, och Dr Danika van Proosdij vid Saint Mary's University på ett initiativ kallat "Making Room for Movement." Deras arbete finansieras av Natural Resources Canada.

Projektet tittar på naturbaserade strategier – ett ekosysteminspirerat tillvägagångssätt för höjning av havsnivån som vinner dragkraft runt om i världen. Det kan innebära att bevara eller återställa kustekosystem, som sanddyner, våtmarker och rev, som ett sätt att tillhandahålla naturliga strandskydd. Våtmarker, till exempel, kan minska vågkraften och fungera som hinder för stormfloder, samtidigt som de fångar sediment och stoppar erosion. De fungerar också som viktiga kollager, men det uppskattas att ungefär hälften av världens kustvåtmarker har gått förlorade under de senaste 100 åren på grund av mänsklig aktivitet och extrema väderhändelser.

Det naturbaserade tillvägagångssättet är tilltalande eftersom det kan vara billigare och mer effektivt än att bygga väggar eller andra hårda ytor som är avsedda att hålla stigande hav i schack.

"Vi kan bygga hårda barriärer, vi kan lägga i dammar, vi kan sätta in havsväggar, vi kan sätta i skydd för att skydda mot erosion - men det där går sönder och du måste förnya det och bygga upp det högre när havsnivån stiger, " säger Dr Manuel, som har undervisat och forskat i miljöplanering sedan slutet av 1980-talet och påbörjade arbetet med planeringssätt för havsnivåhöjningsanpassning till havsnivåhöjningen i mitten av 2000-talet.

"Det finns mer och mer insikt om att det att tillåta naturliga processer att inträffa och även använda naturliga strukturer i stället för hård infrastruktur är mer av en långsiktig strategi, där man istället för att härda strandlinjen behåller den naturlig eller återinför naturen tillbaka i strandlinjen, för om det ges tillräckligt med utrymme kommer det att hjälpa på lång sikt."

Ett lag, leds av Saint Mary's University och involverar Dal-forskare, utvärderar den strategin i Annapolis Valley i Nova Scotia, en region känd för ikoniska vallområden som sträcker sig över kusten och är en kulturskatt för lokalbefolkningen. De är kärnan i forskningen som Kate Sherren gör som en del av ett nationellt projekt på 5,5 miljoner dollar finansierat av Natural Sciences and Engineering Research Council som kommer att övervaka så kallade ekosystemtjänster, eller fördelarna människor får av naturen.

Dr Sherrens team kommer att ägna fem år åt att studera det kulturella värdet av vallmarker, de ekosystemtjänster de tillhandahåller, hur de skyddar kusten och vilka, om någon, kunde återställas till saltmarker. En del av det arbetet kommer att innebära att prata med människor om deras band till vallarna, som akadierna började omvandla från saltmarker till rika jordbruksmarker på 1600-talet.

Utmaningen nu är att mycket av de 240 km vallar som skyddar 17, 400 hektar bostäder, industriell, fritids- och kommersiell mark i Nova Scotia är inte tillräckligt robusta för att klara av ökade havsnivåer och stormfloder, Dr Sherren säger.

"Vad vi gör är att leda en vetenskapskampanj för att förstå hur vallar och saltmarker tillhandahåller ekosystemtjänster över tid och vi kommer att sätta ihop allt detta i modellering och beslutsfattande, så det kommer att bli viktigt, " hon säger, tillägger att arbetet även kan innebära förändrade uppfattningar kring naturbaserade skydd.

"Vi vet att saltmarker och våtmarker ger ett buffrande skydd, men vi vet inte hur vi ska lita på dem än och det är väldigt mycket ett tankesätt - vi litar på saker som vi bygger, vi litar inte på saker som bygger sig själva."

I sista hand, forskarna kommer att ge sina resultat till Nova Scotia Department of Agriculture eftersom det avgör ödet för vallen och om de ska förstärkas, anpassade eller återställda som saltmarker.

En sjunkande känsla

Det finns en extra brådska till hoten från höjning av havsnivån i delar av östkusten, där ett geologiskt fenomen som kallas isostatiska justeringar får landet att sjunka, utdela ett dubbelt slag för samhällen som brottas med stigande hav. I Halifax, till exempel, havsnivån steg med cirka 3,3 mm per år under 1900-talet, vilket ger det en av de strängaste priserna i landet. Ungefär hälften av ökningen är global havsnivåhöjning och den andra hälften är ett resultat av sättningar.

"Säkert, i hela Nova Scotia sjunker vi – vissa platser mer än andra – och vattnet stiger, " säger Dr Manuel. "Det finns andra platser i världen där det händer, men det gör vår situation svårare."

Det ställer kritiska frågor för kommunala planerare om hur man bäst skyddar befintlig infrastruktur på stadens populära strandpromenad och styr framtida utveckling. Som Dr Manuel uttrycker det, strandlinjen har länge ansetts vara en bekvämlighet eftertraktad av utvecklare och husägare. Men hon säger att tänkandet kan behöva förändras eftersom riskerna från stigande havsnivåer, stormfloder och skiftande tidvattenlinjer fortsätter att öka.

"Låt möta det, det finns vissa saker som måste finnas vid stranden, men behöver du din bostadsrätt precis vid strandkanten? Behöver du ett konstgalleri precis vid stranden?" säger hon. "Vi älskar vår kust och det är det som är problemet. Vi älskar det för mycket och sedan gör vi saker som äventyrar oss och skapar problem för andra."

Institutionen för oceanografi i Dalhousie har ett långvarigt intresse för de vetenskapliga aspekterna av havsnivåhöjning och de långsiktiga konsekvenserna för kustsamhällen när det kommer till kustöversvämningar orsakade av extremt väder.

Keith Thompson, en gemensamt utsedd professor vid institutionen för oceanografi och institutionen för matematik och statistik, ger ett unikt perspektiv på frågan. Hans forskning tittar på fysiken som förklarar hur stormflod genereras och interagerar med tidvattnet, och även utveckling av statistiska metoder för att kvantifiera den förändrade risken för översvämningar under framtida scenarier för höjning av havsnivån.

Dr. Thompson arbetade med en före detta Dalhousie doktorand, Natacha Bernier, att skapa en datormodell som exakt kunde förutsäga svallvågor från Labradors norra spets till Mainebukten. En modifierad version av modellen används av Environment Canada och Climate Change för att ge fem dagars prognoser för översvämningar på östkusten dagligen.

Samma översvämningsmodell har använts för att kvantifiera förändringar i sannolikheten för kustöversvämningar 50 till 100 år in i framtiden, med hänsyn till osäkerhet i den globala havsnivåhöjningen i samband med, till exempel, smältningen av landbaserad is från Grönland och Antarktis.

"På kort sikt, förändringar i stormens frekvens och styrka kan orsaka problem, men den obevekliga ökningen av den globala havsnivån är den stora, läskigt monster när du börjar titta 50 till 100 år in i framtiden, " säger han. "Och det är där Halifax-vattenfronten kan vara verkliga problem – en ökning av aglobalseanivån på ungefär en meter skulle vara som att lägga till ytterligare ett springflod till de högsta översvämningsnivåerna vi har upplevt i Halifax under de senaste decennierna."

Kevin Quigley, chef för MacEachen Institute for Public Policy and Governance vid Dalhousie University, säger de omfattande skadorna och omfattande strömavbrotten som orsakats av allt kraftigare stormar, som orkanerna Juan och Dorian, förstärka behovet av smart kustplanering.

"Vad vi behöver tänka på på medellång sikt är hur vi bygger samhällen som inte är så direkt utsatta för risken för översvämning på grund av ökade översvämningsnivåer, " säger han. "Vi måste sluta bygga i översvämningsutsatta områden och vi måste börja tänka på kompensationsprogram för fastigheter som helt enkelt inte är beboeliga."

Det är en förbjudande utsikt för låglänta jurisdiktioner runt om i världen som nu tvingas överväga möjligheten att deras samhällen kanske inte längre är säkra om havsnivån fortsätter att stiga.

Forskning publicerad i höst tyder på att mark som nu ockuperas av 300 miljoner människor kan drabbas av översvämningar minst en gång om året till 2050 om inte koldioxidutsläppen minskas avsevärt och kustförsvaret stärks. Den nya siffran är mer än tre gånger högre än en tidigare uppskattning av att 80 miljoner människor är drabbade, med de flesta i utvecklingsländer i Asien. Bara i Indonesien, 23 miljoner människor anses nu vara i riskzonen för kustnära översvämningar. Uppskattningen kommer efter att regeringen nyligen meddelade att den skulle flytta huvudstaden Jakarta eftersom den sjunker i en alarmerande takt och att en del av den kan vara helt under vatten till 2050.

Dr Manuel säger att människor som bor i deltastater eller små öar i utvecklingsländer är särskilt sårbara eftersom det finns lite utrymme för reträtt och att de kanske inte har tillräckligt med pengar för skyddande ingenjörsarbete.

"Sådana situationer kan leda till klimatförändringsflyktingar, " säger hon. "Hur svarar vi? Att öppna upp nytt territorium för utveckling på mycket utsatta platser är dårskap och inte ansvarsfullt."

De skarpa prognoserna tjänar som en uppmaning till forskare inom olika discipliner, kommunala planerare och beslutsfattare att arbeta tillsammans för att ta itu med det komplexa problemet, säger Anya Waite, vetenskaplig chef för Ocean Frontier Institute i Dalhousie.

Det är särskilt viktigt att forskare pratar med varandra på grund av mångfalden av problem som bidrar till stigande havsnivåer – sättningar, glacial smältning, värmande vatten och utsläpp av växthusgaser, hon säger.

"Det är samspelet mellan alla dessa saker som vi behöver förstå för att verkligen skydda kustlinjerna och det är därför du behöver naturvetare som arbetar nära och pratar regelbundet med samhällsvetarna som arbetar med aspekter som begränsning, som Dr Manuel, " säger Dr. Waite. "Till och med bara att flytta den konversationen är framgång och på OFI går vi mot den framgången genom att underlätta havskonversationer över discipliner."