Byudvikling, klimaændringer og oversvømmelsesrisiko Per Skougaard Kaspersen*, Nanna Høegh Ravn, Karsten Arnbjerg-Nielsen, Henrik Madsen, Martin Drews *PhD student Climate Change and Sustainable Development research group Feb
Formål Udvikle metode til kvantitativ analyse af sammenhængen mellem byudvikling og oversvømmelsesrisiko i forbindelse med ekstrem nedbør ved hjælp af satellit-data. Metoden skal kunne anvendes systematisk for alle Europæiske byer Baseret på data som er frit tilgængeligt Undersøge den relative og samlede betydning af henholdsvis historiske ændringer i befæstet areal og forventet klimaændringer for oversvømmelsesrisikoen i en række Europæiske byer. Hvor vigtig er ændringer i overfladen sammenlignet med klimaændringer? Er Europæiske byer blevet mere sårbare (og hvor meget mere) overfor oversvømmelser fra ekstrem nedbør som en konsekvens af de seneste 30-40års byudvikling? 2 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Baggrund Byer er globalt set blevet mere udsatte og sårbare overfor oversvømmelser i forbindelse med kraftig nedbør, og denne udvikling forventes at fortsætte på både kort og lang sigt (IPCC Special report on extremes SREX, 2012). Primære årsager til ændringer i oversvømmelsesrisiko: Ændringer i andelen af befæstede arealer Urbanisering (stigning i antal mennesker, aktiver og økonomiske aktiviteter i byer) Klimaændringer 3 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Metode byudvikling, klimaændringer og oversvømmelsesrisiko 4 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Hvorfor anvende satellitdata? Landsat satellitdata Rumlig opløsning: 30m Geografisk dækning: Globalt Tidslig opløsning: 2 billeder/mdr Data tilgængelighed: 1972 (1984) Gratis download fra http://glovis.usgs.gov/ Byudvikling i Las Vegas 1984 2012 5 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Metode befæstede arealer målt med satellit 6 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Metode befæstede arealer målt med satellit Spektrale signaturer af forskellige almindelige overflader i byer Asphalt Concrete Bare soil Vegetation Water Ice 7 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Metode befæstede arealer målt med satellit Empirisk sammenhæng mellem vegetation og befæstede arealer i byer Vegetations index målt med satellit NDVI nir nir red red SAVI (1 L) *( ) nir nir red L red NDVI NDVI 0 FR NDVI S NDVI 0 2 8 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Metode befæstede arealer målt med satellit Data input High resolution imagery Reference impervious surface fractions Data analysis Data output Accuracy assessment Reference IS Mean Absolute Error - MAE Mean Bias Error - MBE MVC SAVI Regression modelling SAVI based IS Oslo Barcelona Hamburg Satellite imagery MVC NDVI NDVI based IS Nice City specific models Strasbourg + b + b Vegetation fractional cover (Fr) Fr based IS Odense Vienna Impervious surface = 1-vegetation fraction Exeter 9 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Europæiske byer som analyseres Oslo Exeter Hamburg Odense Strasbourg Nice Vienna Barcelona 10 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Mean bias error (%) Mean absolute error (%) Nøjagtighed af satellit-baseret estimater af befæstede arealer Sammenhæng mellem satellitebaseret estimater og reference data 100 80 Odense y = 0,935x + 3,830 R² = 0,848 20 15 10 5 0 Mean absolute error 8,6 0-30 30-60 60-90 90-100 Mean Imperviouness (%) 60 40 5 Mean bias error 20 3 0 0 20 40 60 80 100 1-1 -3-0,5-5 0-30 30-60 60-90 90-100 Mean Imperviouness (%) 11 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Oversvømmelsesmodel MIKE 21 overland flow model (MIKE by DHI) DEM: EU DEM, 25m rumlig opløsning Befæstet areal, Landsat satellit data, 30m rumlig opløsning Design nedbørshændelser for RP5-RP100 Regional regnrække version 4 (Spildevandskomiteen) Klimafaktorer for RCP4.5 (+1.8C) og RCP8.5 (+3.7C) Antagelser Afløbssystemet er dimensioneret så der ikke er vand på overfladen ved RP5 eller mindre hændelser 100% befæstet = 100% runoff 0% befæstet = 0% runoff 12 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Analyse for Odense Design regnhændelser Max intensitet (mm/hr) I dag RCP4.5 RCP8.5 RP5 21 23 33 RP10 25 30 44 RP20 29 36 54 RP50 37 47 72 RP100 43 60 94 Klimafaktorer I dag RCP4.5 RCP8.5 RP5 1 1.2 1.6 RP10 1 1.22 1.8 RP20 1 1.29 1.84 RP50 1 1.4 1.98 RP100 1 1.6 2.2 13 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Ændringer i befæstet areal for Odense 1984-2014 1984 2014 14 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Ændringer i befæstet areal for Odense 1984-2014 Befæstet areal 1984 = 32% 2014 = 51% 15 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
KM2 Effekt af byudvikling og klimaændringer på oversvømmelser ved skybrud 14 12 10 8 6 2014 Current climate 4 2 0 RP10 RP20 RP50 RP100 16 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
KM2 Effekt af byudvikling og klimaændringer på oversvømmelser ved skybrud 14 12 10 8 2014 Current climate 6 Byudvikling 1984-2014 1984 Current climate 4 2 0 RP10 RP20 RP50 RP100 17 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
KM2 Effekt af byudvikling og klimaændringer på oversvømmelser ved skybrud 14 12 10 2014 RCP4.5 8 2014 RCP4.5 (+1.8C) 2014 Current climate 6 Byudvikling 1984-2014 1984 Current climate 4 2 0 RP10 RP20 RP50 RP100 18 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
KM2 Effekt af byudvikling og klimaændringer på oversvømmelser ved skybrud 14 12 10 8 6 4 2014 RCP4.5 (+3.7C) 2014 RCP4.5 (+1.8C) Byudvikling 1984-2014 2014 RCP8.5 2014 RCP4.5 2014 Current climate 1984 Current climate 2 0 RP10 RP20 RP50 RP100 19 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Effekt af byudvikling og klimaændringer på oversvømmelser ved skybrud 120% 100% 80% Ændring i befæstet areal fra 32% 51% 85% 79% 73% 70% 104% 100% 85% 84% 60% 40% 20% 15% 26% 23% 31% 26% 22% 14% 36% 38% 31% 31% 31% 25% 28% 21% 42% 43% 36% 35% RP10 RP20 RP50 RP100 6% 0% Current Climate RCP4.5 RCP8.5 1984 2014 1984 2014 1984-2014 RCP4.5 RCP8.5 Byudvikling Klimaændringer 20 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
KM2 Effekt af byudvikling og klimaændringer på oversvømmelser ved skybrud 14 12 Klimatilpasning Reduktion i oversvømmet areal ved ændringer i befæstet areal fra 51% 32% 10 2014 RCP8.5 8 2014 RCP4.5 6 4-6 - 21% 2014 Current climate 1984 Current climate 2 0 RP10 RP20 RP50 RP100 21 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
KM2 Effekt af byudvikling og klimaændringer på oversvømmelser ved skybrud 14 12 Klimatilpasning Reduktion i oversvømmet areal ved ændringer i befæstet areal fra 51% 32% 10 8 6 4-13 - 24% - 6-21% 2014 RCP8.5 2014 RCP4.5 2014 Current climate 1984 RCP4.5 1984 Current climate 2 0 RP10 RP20 RP50 RP100 22 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
KM2 Effekt af byudvikling og klimaændringer på oversvømmelser ved skybrud 14 12 Klimatilpasning Reduktion i oversvømmet areal ved ændringer i befæstet areal fra 51% 32% 10 8-17 - 27% - 13-24% 2014 RCP8.5 2014 RCP4.5 2014 Current climate 6 4-6 - 21% 1984 RCP8.5 1984 RCP4.5 1984 Current climate 2 0 RP10 RP20 RP50 RP100 23 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark
Konklusion Satellitbilleder har en komplet rumlig og temporal dækning af globale ændringer i urbane overflader over de seneste 30-40 år, og kan bruges som grundlag for kvantificering af befæstede arealer og ændringer heri. Den udviklede metode muliggør kvantificering af indflydelsen af ændringer i befæstede arealer og klimaændringer på risikoen for oversvømmelser fra ekstrem nedbør De foreløbige resultater viser at både byudvikling og klimaændringer har stor betydning for omfanget af oversvømmelser fra ekstrem nedbør i byer, og at begge aspekter bør overvejes i forbindelse med ønsket om at reducere risikoen. 24 DTU Management Engineering, Technical University of Denmark