Climate Change Effects on Rainfall and Management of Urban Flooding
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Översvämningar i städer ökar på grund av ökad urbanisering samt
klimatförändringar och klimatvariabilitet. Denna avhandling presenterar effekterna av klimatförändringar och intensiv nederbörd i städer samt handhavandet av översvämning i urban områden i Mumbai, Indien och i Skåne samt Göteborg. En rad statistiska och analytiska verktyg har tillämpats för att studera nederbördstrender och
extrema nederbördshändelser i två områden. I Mumbai har effekten av klimatförändringar studerats med hjälp av nio GCM-simuleringar (General Circulation Model) med bias-korrektur genom distributionsbaserad skalering (DBS) och för Göteborg har GCM-utdata och observationer använts för att karakterisera nederbörd.
Genom att använda en DBS-processad projektion av högupplöst data har en konsekvensanalys (klimat- och extremvärdesstatistik) genomförts för den framtida perioden 2010–2099. Det har också gjorts en trendanalys med Students t-test och Mann-Kendall-testet. Vidare har Random Cascade-modellering tillämpats på nederbördsdata för att skapa högupplöst data för Mumbai. Metoden kan användas för att utarbeta IDF-kurvor. Samma skapade data har använts i översvämningsmodellering och på så vis har översvämningskartor utarbetats. Nederbördstrender för månad, säsong och år har studerats för Mumbai (1951-2004). För Skåne och Göteborg har trender för dygns- och flerdygnsnederbörd studerats. Långsiktiga trender har framställts med Mann-Kendall-testet, Students t-test och linjär regression. Nederbördstrenderna för Mumbai har kunnat styrkas med klimatindicier genom multivariabla, statistiska verktyg: PCA och SVD. PCA har även använts för att beskriva variation i RCM-genererad nederbörd i Göteborg. Dagvattensystemet i Mumbai respektive Göteborg har analyserats analytiskt. Slutligen har en integrerad tvådimensionell (2D) hydrodynamisk avrinningsmodell använts för att simulera översvämning från dagvatten i de metropolitiska områdena av Mumbai, Indien. Resultaten visar på stor variation i nederbörd i Mumbai. Det ses en signifikant, nedåtgående trend för långsiktiga, sydvästliga monsunregn. Dessutom ses en minskad
genomsnittlig, maximal dygnsnederbörd. Det ses att sydvästliga monsunregn i Mumbai är negativt korrelerade med Indiska oceanens dipol, El Niño–sydlig oscillation och East Atlantic Pattern. I Skåne och Göteborg har däremot den årliga nederbörden ökat signifikant på grund av ökande nederbördsmängder om vintern. Det ses en ökning av årshögsta dygnsnederbörden på en plats, där har det högsta värdet ofta uppmätts om vintern. Antalet kraftiga nederbördshändelser med korta
återkomstperioder har ökat, men antalet av de extrema händelserna har inte ökat. Utvärderingen av jämförelseperioden med hjälp av DBS-biaskorrektur visade att mätt och skalerad nederbördsdata är starkt korrelerade och att skalerad data kan användas för att representera olika statistiska värden såsom medel, varians och extremvärden.
Analysen av framtida långsiktiga klimatförutsägelser visar en signifikant, positiv trend för fyra av de nio modeller som använts för att studera extrem dygnsnederbörd för perioden 2010–2099. När det gäller Göteborg pekar resultaten på att högupplösta RCM-modeller kan användas för studier av klimatpåverkan. För en halvårsperiod
kunde det konstateras en mycket god överensstämmelse mellan modellerade och observerade tidsserier vid Random Cascade-modellering för tidsperioder som var längre än en halvtimme när högupplöst data fanns att tillgå. IDF-kurvorna som utarbetats visade att den gällande dimensioneringsstandarden för Mumbai har en återkomstperiod på under ett år. Därmed står det klart att årliga översvämningsproblem
i Mumbai är att förvänta. Detta understryks av resultaten från översvämningsmodelleringen och de analytiska studierna.
Översvämningar i städer ökar på grund av ökad urbanisering samt
klimatförändringar och klimatvariabilitet. Denna avhandling presenterar effekterna av klimatförändringar och intensiv nederbörd i städer samt handhavandet av översvämning i urban områden i Mumbai, Indien och i Skåne samt Göteborg. En rad statistiska och analytiska verktyg har tillämpats för att studera nederbördstrender och
extrema nederbördshändelser i två områden. I Mumbai har effekten av klimatförändringar studerats med hjälp av nio GCM-simuleringar (General Circulation Model) med bias-korrektur genom distributionsbaserad skalering (DBS) och för Göteborg har GCM-utdata och observationer använts för att karakterisera nederbörd.
Genom att använda en DBS-processad projektion av högupplöst data har en konsekvensanalys (klimat- och extremvärdesstatistik) genomförts för den framtida perioden 2010–2099. Det har också gjorts en trendanalys med Students t-test och Mann-Kendall-testet. Vidare har Random Cascade-modellering tillämpats på nederbördsdata för att skapa högupplöst data för Mumbai. Metoden kan användas för att utarbeta IDF-kurvor. Samma skapade data har använts i översvämningsmodellering och på så vis har översvämningskartor utarbetats. Nederbördstrender för månad, säsong och år har studerats för Mumbai (1951-2004). För Skåne och Göteborg har trender för dygns- och flerdygnsnederbörd studerats. Långsiktiga trender har framställts med Mann-Kendall-testet, Students t-test och linjär regression. Nederbördstrenderna för Mumbai har kunnat styrkas med klimatindicier genom multivariabla, statistiska verktyg: PCA och SVD. PCA har även använts för att beskriva variation i RCM-genererad nederbörd i Göteborg. Dagvattensystemet i Mumbai respektive Göteborg har analyserats analytiskt. Slutligen har en integrerad tvådimensionell (2D) hydrodynamisk avrinningsmodell använts för att simulera översvämning från dagvatten i de metropolitiska områdena av Mumbai, Indien. Resultaten visar på stor variation i nederbörd i Mumbai. Det ses en signifikant, nedåtgående trend för långsiktiga, sydvästliga monsunregn. Dessutom ses en minskad
genomsnittlig, maximal dygnsnederbörd. Det ses att sydvästliga monsunregn i Mumbai är negativt korrelerade med Indiska oceanens dipol, El Niño–sydlig oscillation och East Atlantic Pattern. I Skåne och Göteborg har däremot den årliga nederbörden ökat signifikant på grund av ökande nederbördsmängder om vintern. Det ses en ökning av årshögsta dygnsnederbörden på en plats, där har det högsta värdet ofta uppmätts om vintern. Antalet kraftiga nederbördshändelser med korta
återkomstperioder har ökat, men antalet av de extrema händelserna har inte ökat. Utvärderingen av jämförelseperioden med hjälp av DBS-biaskorrektur visade att mätt och skalerad nederbördsdata är starkt korrelerade och att skalerad data kan användas för att representera olika statistiska värden såsom medel, varians och extremvärden.
Analysen av framtida långsiktiga klimatförutsägelser visar en signifikant, positiv trend för fyra av de nio modeller som använts för att studera extrem dygnsnederbörd för perioden 2010–2099. När det gäller Göteborg pekar resultaten på att högupplösta RCM-modeller kan användas för studier av klimatpåverkan. För en halvårsperiod
kunde det konstateras en mycket god överensstämmelse mellan modellerade och observerade tidsserier vid Random Cascade-modellering för tidsperioder som var längre än en halvtimme när högupplöst data fanns att tillgå. IDF-kurvorna som utarbetats visade att den gällande dimensioneringsstandarden för Mumbai har en återkomstperiod på under ett år. Därmed står det klart att årliga översvämningsproblem
i Mumbai är att förvänta. Detta understryks av resultaten från översvämningsmodelleringen och de analytiska studierna.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2013
Språk
Engelska
Publikation/Tidskrift/Serie
Lund University
Fulltext
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Ämne
- Water Engineering
Nyckelord
- Climate Change
- Extreme Events
- Intensive Rainfall
- Urban Drainage
- Intensity-Duration-Frequency
- Statistical analysis
- Flood Management
Status
Published
Forskningsgrupp
- Water Resources Engineering
Handledare
- Lars Bengtsson
- Ronny Berndtsson
- Arun Kansal
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7473-636-6
Försvarsdatum
27 september 2013
Försvarstid
10:15
Försvarsplats
Lecture hall V:C, Department of Building and Environmental Technology, John Ericssons väg 1, Lund University Faculty of Engineering.
Opponent
- Karsten Arnbjerg-Nielsen (professor)