Natural Hazards and Earth System Sciences

Tóm tắt. Lở đất là một mối nguy hiểm phổ biến trong các môi trường trên cạn có độ dốc, gây ra cái chết cho con người tại các khu định cư đô thị, trên các hành lang giao thông và tại các địa điểm công nghiệp nông thôn. Đánh giá rủi ro lở đất cần có cơ sở dữ liệu lở đất chất lượng cao. Gần đây, các cơ sở dữ liệu lở đất toàn cầu đã chỉ ra mức độ mà lở đất ảnh hưởng đến xã hội và xác định những khu vực có nguy cơ cao nhất. Phân tích toàn cầu trước đây chủ yếu tập trung vào các lở đất do mưa gây ra trong các khoảng thời gian quan sát ngắn khoảng 5 năm. Bài báo này trình bày phân tích không gian-thời gian của một tập dữ liệu toàn cầu về các lở đất không do động đất có gây chết người, bao gồm khoảng thời gian từ tháng 1 năm 2004 đến tháng 12 năm 2016. Dữ liệu cho thấy tổng cộng 55.997 người đã thiệt mạng trong 4.862 sự kiện lở đất khác nhau. Sự phân bố không gian của các lở đất là không đồng nhất, với châu Á là khu vực địa lý chiếm ưu thế. Có sự biến động giữa các năm cao trong việc xảy ra lở đất. Mặc dù những năm hoạt động cao hơn trùng khớp với các kiểu mưa khu vực do các bất thường khí hậu, nhưng các chế độ khí hậu (như Dao động Nam phương El Niño) chưa thể liên kết được với việc lở đất, yêu cầu một tập dữ liệu về lở đất trong thời gian 30 năm trở lên. Phân tích của chúng tôi cho thấy rằng sự xảy ra của lở đất được kích hoạt bởi hoạt động của con người đang gia tăng, đặc biệt liên quan đến xây dựng, khai thác trái phép và cắt đất đồi. Điều này hỗ trợ cho quan điểm rằng sự can thiệp của con người có thể gây hại nhiều hơn cho sự phát sinh lở đất trong tương lai so với khí hậu.

Tóm tắt. Bài báo này xem xét sự phát triển qua thời gian lịch sử của ý nghĩa và cách sử dụng thuật ngữ "khả năng phục hồi". Mục tiêu là làm sâu sắc thêm sự hiểu biết của chúng ta về cách thuật ngữ này được áp dụng trong giảm thiểu rủi ro thiên tai và giải quyết một số mâu thuẫn và tranh cãi đã phát sinh khi nó được sử dụng. Bài báo lần theo sự phát triển của khả năng phục hồi qua các lĩnh vực khoa học, nhân văn và pháp lý, chính trị. Nó xem xét cách mà cơ học đã chuyển giao thuật ngữ này sang sinh thái học và tâm lý học, và từ đó được các nghiên cứu xã hội và khoa học bền vững tiếp nhận. Như một số tác giả đã lưu ý, với tư cách là một khái niệm, khả năng phục hồi liên quan đến một số mâu thuẫn hoặc mâu thuẫn nghiêm trọng, chẳng hạn như giữa sự ổn định và động lực, hoặc giữa trạng thái cân bằng động (nội môi) và sự tiến hóa. Hơn nữa, mặc dù khái niệm khả năng phục hồi hoạt động khá tốt trong khuôn khổ của lý thuyết hệ thống tổng quát, nhưng trong những tình huống mà việc hình thành hệ thống ngăn cản thay vì thúc đẩy sự giải thích, một sự diễn giải khác về thuật ngữ là cần thiết. Điều này có thể xảy ra trong giảm thiểu rủi ro thiên tai, điều này liên quan đến việc chuyển hóa thay vì bảo tồn "trạng thái của hệ thống". Bài viết kết luận rằng sự quan niệm hiện đại về khả năng phục hồi có lợi từ một lịch sử phong phú về các ý nghĩa và ứng dụng, nhưng việc đọc quá nhiều vào thuật ngữ như một mô hình và một khuôn khổ thì có thể nguy hiểm - hoặc ít nhất là có thể mang lại sự thất vọng.

Tóm tắt. Các chiến lược giảm thiểu thiên tai lũ nên dựa trên một đánh giá toàn diện về rủi ro lũ kết hợp với một cuộc điều tra kỹ lưỡng về các bất định liên quan đến quy trình đánh giá rủi ro. Trong "Mạng Nghiên cứu Thảm họa Thiên nhiên Đức" (DFNK), nhóm công tác "Phân tích Rủi ro Lũ" đã nghiên cứu chuỗi quy trình lũ từ lượng mưa, việc phát sinh và tập trung dòng chảy trong lưu vực, định hướng lũ trong mạng lưới sông, khả năng thất bại của các biện pháp bảo vệ lũ, ngập lụt cho đến thiệt hại kinh tế. Nhóm công tác đại diện cho từng quy trình này bằng các mô hình xác định, phân bố không gian ở các quy mô khác nhau. Mặc dù các mô hình này cung cấp hiểu biết cần thiết về chuỗi quy trình lũ, nhưng chúng không phù hợp cho các phân tích rủi ro và bất định do bản chất phức tạp và yêu cầu thời gian CPU cao của chúng. Do đó, chúng tôi đã phát triển một mô hình rủi ro lũ ngẫu nhiên bao gồm các thành phần mô hình đơn giản hóa liên quan đến các thành phần của chuỗi quy trình. Chúng tôi đã định tham số cho các thành phần mô hình này dựa trên kết quả của các mô hình xác định phức tạp và sử dụng chúng cho phân tích rủi ro và bất định trong khuôn khổ Monte Carlo. Khuôn khổ Monte Carlo được cấu trúc theo cách phân cấp thành hai lớp đại diện cho hai nguồn bất định khác nhau, bất định ngẫu nhiên (do biến đổi tự nhiên và nhân tạo) và bất định tri thức (do hiểu biết không đầy đủ về hệ thống). Mô hình cho phép chúng tôi tính toán xác suất xảy ra cho các sự kiện với độ lớn khác nhau cùng với thiệt hại kinh tế dự kiến trong một khu vực mục tiêu ở lớp đầu tiên của khuôn khổ Monte Carlo, tức là đánh giá các rủi ro kinh tế, và đưa ra các giới hạn bất định liên quan đến những rủi ro này ở lớp thứ hai. Cũng có thể xác định các đóng góp của các nguồn bất định riêng lẻ vào bất định tổng thể. Có thể thấy rằng bất định do các nguồn tri thức gây ra làm thay đổi đáng kể kết quả thu được chỉ với bất định ngẫu nhiên. Mô hình đã được áp dụng cho những đoạn sông Rhine hạ lưu Cologne.

Tóm tắt. Các chỉ số dễ tổn thương xã hội là một phương tiện để tạo ra thông tin về những người có khả năng bị ảnh hưởng bởi các thảm họa do lũ lụt từ sông gây ra. Mục đích của chỉ số này trong nghiên cứu này là phát triển và xác thực bản đồ dễ tổn thương xã hội về các đặc điểm của dân số đối với lũ lụt từ sông, bao gồm tất cả các huyện ở Đức. Bản đồ này dựa trên một chỉ số tổng hợp của ba chỉ số chính cho dễ tổn thương xã hội ở Đức – sự dễ bị tổn thương, tình trạng kinh tế xã hội và khu vực. Các chỉ số này đã được xác định thông qua phân tích nhân tố các biến nhân khẩu học được chọn từ các cơ quan thống kê liên bang. Do đó, các chỉ số này có thể được cập nhật hàng năm dựa trên một nguồn dữ liệu đáng tin cậy. Các mẫu dễ tổn thương được phát hiện qua phân tích nhân tố được xác nhận thông qua việc sử dụng một tập dữ liệu thứ hai độc lập. Việc diễn giải tập dữ liệu thứ hai cho thấy rằng dễ tổn thương được thể hiện qua một sự kiện lũ lụt cực đoan thực tế và chứng minh rằng các mẫu của dễ tổn thương giả định khớp với những quan sát của một sự kiện thực tế. Nó bao gồm một cuộc khảo sát các hộ gia đình bị ảnh hưởng bởi lũ lụt ở ba bang liên bang. Bằng cách sử dụng hồi quy logistic, nghiên cứu đã chứng minh rằng các chỉ số dễ tổn thương lý thuyết được giả định là đúng và các chỉ số là hợp lệ. Đúng là một số nhóm xã hội nhất định như người cao tuổi, những người có thu nhập thấp hoặc cư dân thành phố là những nhóm có nguy cơ cao hơn.

Tóm tắt. Các phương pháp thiết kế lũ lụt truyền thống đang ngày càng được bổ sung hoặc thay thế bằng các phương pháp dựa trên rủi ro, vốn dựa trên các phân tích rủi ro toàn diện. Ngoài các cuộc điều tra khí tượng, thủy văn và thủy lực, các phân tích như vậy yêu cầu ước lượng thiệt hại do lũ lụt. Đánh giá thiệt hại do lũ lụt chủ yếu tập trung vào những tổn thất kinh tế trực tiếp bằng cách sử dụng các hàm thiệt hại liên kết thiệt hại tài sản với các yếu tố gây thiệt hại. Mặc dù thiệt hại do lũ lụt của một tòa nhà chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, thông thường chỉ có độ sâu ngập lụt và mục đích sử dụng tòa nhà được coi là các yếu tố gây thiệt hại. Trong bài báo này, một tập dữ liệu gồm khoảng 4000 hồ sơ thiệt hại được phân tích. Mỗi hồ sơ đại diện cho thiệt hại tài chính trực tiếp của một tòa nhà bị ngập. Tập dữ liệu bao gồm chín sự kiện lũ lụt tại Đức từ năm 1978 đến 1994. Kết quả cho thấy dữ liệu thiệt hại tuân theo phân phối Lognormal với sự biến động lớn, ngay cả khi được phân tầng theo mục đích sử dụng tòa nhà và các loại độ sâu nước. Các hàm độ sâu-thiệt hại tuyệt đối liên kết tổng thiệt hại với độ sâu nước không hữu ích trong việc giải thích sự biến động của dữ liệu thiệt hại, vì thiệt hại được xác định bởi nhiều tham số khác bên cạnh độ sâu nước. Do hạn chế này, phải dự đoán rằng việc đánh giá thiệt hại do lũ lụt liên quan đến sự không chắc chắn lớn. Kết quả cho thấy sự không chắc chắn của ước lượng thiệt hại phụ thuộc vào số lượng tòa nhà bị ngập và vào sự phân bố mục đích sử dụng tòa nhà trong khu vực bị ngập. Các kết quả được minh họa bằng một đánh giá thiệt hại cho một khu vực nông thôn ở phía tây nam nước Đức, trong đó ước lượng thiệt hại và phạm vi không chắc chắn được định lượng cho một sự kiện lũ lụt diễn ra trong 100 năm. Các ước lượng này được so sánh với các thiệt hại do lũ lụt được báo cáo trong một trận lũ nghiêm trọng vào năm 1993. Với sự không chắc chắn khổng lồ của các ước lượng về thiệt hại do lũ lụt, việc cải thiện thu thập và mô hình hóa dữ liệu thiệt hại do lũ lụt là những vấn đề chính để cải thiện thêm về thực nghiệm và phương pháp luận.

Tóm tắt. Trong bối cảnh hoạt động nghiên cứu sóng thần và cơ chế nguồn của chúng gần đây được tăng cường, chúng tôi xem xét các sóng giống như sóng thần được kích thích bởi các quá trình khí quyển thay vì các nguồn phát sinh động đất. Những sóng này chủ yếu liên quan đến các sóng trọng lực khí quyển, những bước nhảy áp suất, sự qua mặt của mặt trận, cơn bão và các loại rối loạn khí quyển khác, thường tạo ra sóng đại dương barotropic ở đại dương mở và khuếch đại chúng gần bờ thông qua các cơ chế cộng hưởng đặc biệt (Proudman, Greenspan, kệ, cảng). Mục tiêu chính của nghiên cứu hiện tại là mô tả hiện tượng nguy hiểm này, chỉ ra sự tương đồng và khác biệt giữa sóng thần do động đất và sóng thần khí tượng, đồng thời cung cấp cái nhìn tổng quan về sóng thần khí tượng trong đại dương thế giới. Đã chỉ ra rằng sóng thần và sóng thần khí tượng có cùng chu kỳ, cùng quy mô không gian, các tính chất vật lý tương tự và ảnh hưởng tới bờ biển theo cách tàn phá tương tự. Một số đặc điểm cụ thể của sóng thần khí tượng làm cho chúng tương tự như sóng thần do sạt lở tạo ra. Hiệu suất tạo ra của cả hai hiện tượng phụ thuộc vào số Froude (Fr), với cộng hưởng xảy ra khi Fr~1.0. Sóng thần khí tượng ít năng lượng hơn nhiều so với sóng thần do động đất và đó là lý do tại sao chúng thường chỉ xảy ra tại địa phương, trong khi sóng thần do động đất có thể có tác động tàn phá toàn cầu. Sóng thần khí tượng tàn phá luôn là kết quả của sự kết hợp của nhiều yếu tố cộng hưởng; xác suất thấp của sự kết hợp như vậy là lý do chính khiến sóng thần khí tượng lớn hiếm khi xảy ra và chỉ được quan sát tại một số vị trí cụ thể trong đại dương.

Tóm tắt. Hạn hán là một mối nguy tự nhiên có thể gây ra nhiều tác động khác nhau ảnh hưởng đến môi trường, xã hội và kinh tế. Việc cung cấp đánh giá tác động và giảm thiểu tổn thương đối với những tác động này cho các khu vực vượt ra ngoài quy mô địa phương, trải qua các ranh giới chính trị và ngành nghề, cần có dữ liệu hệ thống và chi tiết về tác động. Nghiên cứu này trình bày đánh giá về sự đa dạng của các tác động hạn hán trên toàn châu Âu dựa trên báo cáo tác động hạn hán châu Âu (EDII), một cơ sở dữ liệu nghiên cứu độc nhất có gần 5000 báo cáo tác động từ 33 quốc gia châu Âu. Các tác động do hạn hán được phân loại thành các loại tác động chính, mỗi loại bao gồm một số phân loại phụ. Sự phân bố của các loại và phân loại này sau đó đã được phân tích theo thời gian, theo quốc gia, trên toàn châu Âu và cho các sự kiện hạn hán cụ thể. Kết quả cho thấy tác động lên nông nghiệp và cung cấp nước công cộng chiếm ưu thế trong bộ sưu tập báo cáo tác động hạn hán cho hầu hết các quốc gia và cho tất cả các sự kiện hạn hán lớn kể từ những năm 1970, trong khi số lượng và tỷ lệ các tác động được báo cáo ở các ngành khác có thể thay đổi theo khu vực và theo từng sự kiện. Phân tích cũng cho thấy các tác động được báo cáo đã tăng lên theo thời gian khi thông tin từ phương tiện truyền thông và website trở nên phong phú hơn và nhận thức về môi trường gia tăng. Mặc dù sự phân bố của các loại tác động là tương đối đồng nhất trên toàn châu Âu, nhưng chi tiết của các báo cáo cho thấy một số khác biệt. Chúng xác nhận những tác động nghiêm trọng tại các vùng phía nam (đặc biệt là đối với nông nghiệp và cung cấp nước công cộng) và các tác động đặc thù theo ngành tại các vùng trung tâm và phía bắc (ví dụ, đối với lâm nghiệp hoặc sản xuất năng lượng). Quy trình được phát triển do đó đã đem lại cái nhìn mới và toàn diện hơn về tác động của hạn hán trên toàn châu Âu. Các nghiên cứu liên quan đã phát triển các kỹ thuật thống kê để đánh giá mối liên hệ giữa các chỉ số hạn hán và các tác động đã được phân loại sử dụng dữ liệu EDII. EDII là một cơ sở dữ liệu đang sống và là một nguồn hứa hẹn cho các nghiên cứu tiếp theo về tác động, tổn thương và rủi ro của hạn hán trên khắp châu Âu. Một kết quả quan trọng là sự đa dạng phong phú của các tác động được tìm thấy trên toàn châu Âu và sự ghi chép của nó. Sự hiểu biết này do đó có thể thông tin cho việc lập kế hoạch chính sách hạn hán ở cấp độ quốc gia đến quốc tế.

Trích dẫn. Sự phát triển đồng bộ và một số tác động khí tượng của cơn bão mùa đông Kyrill châu Âu đã xảy ra trên Tây Âu, Trung Âu và Đông Âu từ ngày 17 đến ngày 19 tháng 1 năm 2007 được nghiên cứu. Cường độ và thiệt hại lớn về bão liên quan đến Kyrill được giải thích dựa trên các đặc điểm môi trường bão đồng bộ và mesoscale, cũng như qua việc so sánh với các cơn bão trước đó. Kyrill xuất hiện trên bản đồ thời tiết ở bang Arkansas của Mỹ khoảng bốn ngày trước khi nó đổ bộ vào châu Âu. Nó đã trải qua một sự gia tăng cường độ đột ngột khi vượt qua Bắc Đại Tây Dương trong khi băng qua một dòng jet cực kỳ mạnh trên trục phương. Sự chồng chéo của một số điều kiện khí tượng thuận lợi phía tây quần đảo Anh đã gây ra sự sâu thêm của bão khi nó bắt đầu ảnh hưởng đến Tây Âu. Có bằng chứng cho thấy sự căn chỉnh thuận lợi của ba vệt jet cực và một làn không khí khô xâm nhập qua các mặt tiền lạnh và mặt tiền chắn là những yếu tố gây ra trong việc duy trì áp suất thấp của Kyrill rất xa vào Đông Âu. Kyrill, giống như nhiều cơn bão mùa đông mạnh khác ở châu Âu, được nhúng trong một trường gradient áp suất trung bình ở mực nước biển (MSLP) Bắc-Nam có độ rộng bất thường trước đó. Ngoài khoảng gió có thể được mong đợi từ trường áp suất đồng bộ, các đặc điểm mesoscale liên quan đến sự lật ngược đối lưu ở mặt trước lạnh được đưa ra như là những nguyên nhân có khả năng cho các đợt gió cực kỳ thiệt hại đã được quan sát tại nhiều trạm vùng trũng trong suốt quá trình cơn bão Kyrill đi qua. So với các cơn bão khác, Kyrill không phải là hệ thống mạnh nhất về áp suất lõi và dị thường dòng chảy. Tuy nhiên, hệ thống đã di chuyển vào một gradient áp suất MSLP mạnh có sẵn nằm trên Trung Âu kéo dài vào Đông Âu. Thực tế này được coi là quyết định cho khu vực bất thường lớn bị ảnh hưởng bởi Kyrill. Ngoài ra, việc xem xét sự gió mạnh trong các mô phỏng biến đổi khí hậu sử dụng hai mô hình khí hậu khu vực tiên tiến do ECHAM5 điều khiển cho thấy rằng không chỉ Trung Âu, mà cả Đông Trung Âu cũng có thể bị ảnh hưởng bởi tốc độ gió bề mặt cao hơn vào cuối thế kỷ 21. Những thay đổi này một phần liên quan đến gradient áp suất tăng lên trên châu Âu mà được xác định trong các mô phỏng ECHAM5. Do đó, với sự liên quan đến khu vực bị ảnh hưởng, cũng như các đặc điểm bão đồng bộ và mesoscale, Kyrill có thể được đề xuất như là một trường hợp nghiên cứu thú vị để đánh giá các tác động của cơn bão trong tương lai.

Tóm tắt. Bài báo này trình bày một thuật toán được phát triển để lập bản đồ các khu vực ngập lụt từ hình ảnh radar tổng hợp. Thuật toán này được thiết kế để được đưa vào hệ thống quản lý lũ lụt hoạt động của Cơ quan Bảo vệ Dân sự Ý và có thể được sử dụng ở chế độ gần như tự động hoặc ở chế độ tương tác, tùy thuộc vào nhu cầu của người dùng. Phương pháp này dựa trên logic mờ, được sử dụng để tích hợp kiến thức lý thuyết về phản xạ radar từ các khu vực bị ngập nước, dựa trên ba mô hình tán xạ điện từ, cùng với các cân nhắc thủy lực đơn giản và thông tin ngữ cảnh. Sự tích hợp này nhằm giúp người dùng có thể xử lý các tình huống, chẳng hạn như sự hiện diện của thực vật trong khu vực ngập lụt, trong đó việc lập bản đồ ngập lụt từ radar vệ tinh là một nhiệm vụ khó khăn. Thuật toán này được thiết kế để hoạt động với dữ liệu radar ở các băng tần tần số L, C và X, và cũng sử dụng dữ liệu bổ sung, chẳng hạn như bản đồ che phủ đất và mô hình độ cao số. Quy trình lập bản đồ lũ lụt đã được thử nghiệm trên một đợt ngập xảy ra ở Albania vào tháng 1 năm 2010, sử dụng dữ liệu SAR băng X độ phân giải cao rất lớn từ COSMO-SkyMed.

Tóm tắt. Quét laser mặt đất (TLS) cung cấp các đám mây điểm có độ phân giải cao về địa hình và các thiết bị TLS mới với phạm vi vượt quá 300 m hoặc thậm chí 1000 m là công cụ mạnh mẽ để mô tả và giám sát các chuyển động của sườn dốc. Nghiên cứu này tập trung vào sự lở đất Åknes có khối lượng 35 triệu m3 ở phía Tây Na Uy, đây là một trong những vụ lở đất được nghiên cứu và giám sát nhiều nhất trên thế giới. Các đám mây điểm TLS được sử dụng cho phân tích cấu trúc của vách đá chính dốc đứng, khó tiếp cận của vụ lở đất, bao gồm đánh giá các tập hợp gián đoạn và trục gập. Các số liệu TLS thu thập vào các năm 2006, 2007 và 2008 cung cấp thông tin về sự dịch chuyển 3-D cho toàn bộ khu vực quét và không bị hạn chế như các thiết bị khảo sát truyền thống chỉ đến các điểm đo đơn lẻ. Ma trận biến đổi affine giữa hai lần thu thập TLS miêu tả chính xác các dịch chuyển của vụ lở đất và cho phép tách biệt chúng thành các thành phần dịch chuyển dịch chuyển, chẳng hạn như tốc độ và hướng dịch chuyển, và các thành phần quay giống như lật ngược. Nghiên cứu này cho thấy khả năng của TLS trong việc thu được thông tin dịch chuyển 3-D đáng tin cậy trên một khu vực lớn không ổn định. Cuối cùng, một mô hình không ổn định khả thi cho phần trên của vụ lở đất Åknes giải thích các dịch chuyển dịch chuyển và quay đã đo được bằng sự kết hợp của trượt phẳng về phía nam dọc theo lớp gneiss, sự lún trọng lực theo chiều dọc dọc theo bề mặt trượt đáy phức tạp, bước và sự lật ngược về phía bắc theo cấu trúc graben đã mở.