Den seneste internationale rapport om klimaforandringer tegner et billede af forstyrrelser i samfundet, medmindre der er drastiske og hurtige nedskæringer i drivhusgasudledningen.
Relateret indhold
- Med klimaforandringer vil Washington, DC føle sig mere som Arkansas i 2080
Selvom det er tidlige dage, begynder nogle byer og kommuner at erkende, at tidligere forhold ikke længere kan tjene som rimelige fuldmagter for fremtiden.
Dette gælder især for landets infrastruktur. Motorveje, vandbehandlingsanlæg og elnettet er i stigende risiko for ekstreme vejrbegivenheder og andre effekter af et skiftende klima.
Problemet er, at de fleste infrastrukturprojekter, inklusive Trump-administrationens plan for genoplivning af infrastruktur, typisk ignorerer risikoen for klimaændringer.
I vores arbejde med at undersøge bæredygtighed og infrastruktur opfordrer vi til og begynder at skifte mod at designe menneskeskabte infrastruktursystemer med tilpasningsevne i tankerne.
Designe for fortiden
Infrastruktursystemer er frontlinjen i forsvaret mod oversvømmelser, varme, ildebrande, orkaner og andre katastrofer. Byplanlæggere og borgere antager ofte, at det, der er bygget i dag, fortsat vil fungere i lyset af disse farer, hvilket giver tjenester mulighed for at fortsætte og beskytte os, som de har gjort det tidligere. Men disse systemer er designet baseret på historier om ekstreme begivenheder.
Pumper er for eksempel størrelse baseret på historiske nedbørshændelser. Transmissionsledninger er designet inden for grænser for, hvor meget strøm de kan bevæge sig, mens de opretholder sikre driftsforhold i forhold til lufttemperaturer. Broer er designet til at kunne modstå visse strømningshastigheder i de floder, de krydser. Infrastruktur og miljø er tæt forbundet.
Nu overskrider landet dog hyppigere disse historiske forhold og forventes at se hyppigere og intense ekstreme vejrbegivenheder. Sagde en anden måde, på grund af klimaforandringer, ændrer naturlige systemer nu hurtigere end infrastruktur.
Hvordan kan infrastruktursystemer tilpasse sig? Lad os først overveje årsagerne til, at infrastruktursystemer mislykkes i ekstreme forhold:
- Faren overstiger designtolerancer. Dette var tilfældet med Interstate 10-oversvømmelser i Phoenix i efteråret 2014, hvor intensiteten af nedbør oversteg designforholdene.
- I disse tider er der mindre ekstra kapacitet på tværs af systemet: Når noget går galt, er der færre muligheder for at styre stressoren, såsom omdirigering af strømme, hvad enten det er vand, elektricitet eller endda trafik.
- Vi kræver ofte mest ud af vores infrastruktur under ekstreme begivenheder og skubber systemer på et tidspunkt, hvor der er lidt ekstra kapacitet.
Gradvis forandring byder også på alvorlige problemer, delvis fordi der ikke er nogen kendetegnende begivenhed, der fremkalder en opfordring til handling. Denne type situation kan være særlig generende i forbindelse med vedligeholdelsesbehov og budgetunderskud, der i øjeblikket plager mange infrastruktursystemer. Vil byer og byer blive sluppet til selvtilfredshed kun for at finde ud af, at deres infrastruktur med lang levetid ikke længere fungerer som de burde?
For øjeblikket ser ud til at være at sikre finansiering til at opbygge mere af det, vi har haft i det forgangne århundrede. Men infrastrukturforvaltere bør tage et skridt tilbage og spørge, hvad vores infrastruktursystemer skal gøre for os ind i fremtiden.
Agile og fleksibel efter design
Grundlæggende er der brug for nye tilgange til at imødegå udfordringerne ikke kun med et skiftende klima, men også for forstyrrende teknologier.
Disse inkluderer stigende integration af informations- og kommunikationsteknologier, hvilket øger risikoen for cyberattacks. Andre nye teknologier inkluderer autonome køretøjer og droner samt intermitterende vedvarende energi og batterilagring i stedet for konventionelle elsystemer. Også digitalt tilsluttede teknologier ændrer grundlæggende individenes erkendelse af verden omkring os: Overvej hvordan vores mobile enheder nu kan omdirigere os på måder, som vi ikke fuldt ud forstår baseret på vores egen rejseopførsel og trafik i en region.
Alligevel understreger vores nuværende paradigmer for infrastrukturdesign store centraliserede systemer, der er beregnet til at vare i årtier, og som kan modstå miljøfarer til et forudvalgt risikoniveau. Problemet er, at risikoniveauet nu er usikkert, fordi klimaet ændrer sig, undertiden på måder, der ikke er særlig godt forstået. Som sådan kan prognoser for ekstreme begivenheder være lidt eller meget værre.
I betragtning af denne usikkerhed bør smidighed og fleksibilitet være centralt i vores infrastrukturdesign. I vores forskning har vi set, hvordan en række byer har vedtaget principper for allerede at fremme disse mål, og de fordele, de giver.
En 'smart' tunnel i Kuala Lumpur er designet til at supplere byens stormvanddreneringssystem. (David Boey, CC BY) I Kuala Lampur er trafiktunneler i stand til at gå over til stormvandshåndtering under intense nedbørshændelser, et eksempel på multifunktionalitet.
Overalt i USA begynder borgerbaserede smartphone-teknologier at give realtidsindsigt. For eksempel bruger CrowdHydrology-projektet oversvømmelsesdata indsendt af borgere, som de begrænsede konventionelle sensorer ikke kan indsamle.
Infrastrukturdesignere og -chefer på en række amerikanske lokationer, herunder New York, Portland, Miami og Sydøst-Florida og Chicago, er nu forpligtet til at planlægge for denne usikre fremtid - en proces kaldet køreplan. For eksempel har Miami udviklet en plan på $ 500 millioner til opgradering af infrastruktur, herunder installation af ny pumpekapacitet og hævning af veje for at beskytte ejendom ved havet.
Disse kompetencer er på linje med elasticitetsbaseret tænkning og bevæger landet væk fra vores standardmetoder til blot at opbygge større, stærkere eller mere overflødige.
Planlægning for usikkerhed
Da der nu er mere usikkerhed med hensyn til farer, bør modstandsdygtighed i stedet for risiko være centralt for design og drift af infrastruktur i fremtiden. Resilience betyder, at systemer kan modstå ekstreme vejrbegivenheder og hurtigt komme tilbage i drift.
Microgrid-teknologi giver de enkelte bygninger mulighed for at fungere i tilfælde af et større strømafbrydelse og er en måde at gøre elsystemet mere robust på. (Amy Vaughn / US Department of Energy, CC BY-ND) Dette betyder, at infrastrukturplanlæggere ikke blot kan ændre deres designparameter - for eksempel at bygge for at modstå en 1000-årig begivenhed i stedet for en 100-årig begivenhed. Selv hvis vi nøjagtigt kunne forudsige, hvad disse nye risikoniveauer skal være for det kommende århundrede, er det teknisk, økonomisk eller politisk muligt at bygge disse mere robuste systemer?
Det er derfor, der er behov for resiliensbaserede tilgange, der understreger kapaciteten til at tilpasse sig. Konventionelle tilgange understreger robusthed, såsom at opbygge en levee, der er i stand til at modstå en vis mængde stigning i havniveauet. Disse tilgange er nødvendige, men i betragtning af usikkerheden i risikoen har vi brug for andre strategier i vores arsenal.
For eksempel at levere infrastrukturtjenester på alternative måder, når vores primære infrastruktur mislykkes, f.eks. Udrulning af mikrogrids foran orkaner. Eller planlæggere kan designe infrastruktursystemer, så når de mislykkes, minimeres konsekvenserne for menneskers liv og økonomien.
Dette er en praksis, der for nylig er blevet implementeret i Holland, hvor Rhinedelta-floderne får lov til at oversvømme, men folk har ikke lov til at leve i oversvømmelsessletten, og landmændene kompenseres, når deres afgrøder går tabt.
Usikkerhed er den nye normale, og pålidelighed hænger sammen med placeringsinfrastrukturen til at fungere i og tilpasse sig denne usikkerhed. Hvis landet fortsætter med at forpligte sig til at bygge det sidste århundredes infrastruktur, kan vi fortsat forvente svigt i disse kritiske systemer og de tab, der følger med dem.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation.
Mikhail Chester, lektor i civil-, miljø- og bæredygtig teknik, Arizona State University; Braden Allenby, præsidentens professor og Lincoln professor i ingeniørvidenskab og etik, skolen for bæredygtig teknik og det byggede miljø, Ira A. Fulton Schools of Engineering, Arizona State University; og Samuel Markolf, postdoktorisk forskningsassistent, urban modstandsdygtighed over for ekstreme bæredygtighedsforskningsnetværk, Arizona State University
