Operational forecast framework applied to extreme sea levels at regional and local scales

Abstract

The design, implementation and demonstration of a novel and generic computational forecast framework for multi-scale prediction of extreme sea levels and associated flooding is presented. Denoted Water Information Forecast Framework (WIFF), it integrates process-based models for waves, tides and surges from regional to local scales, predicting the flooding of coastal areas, and supporting the routine and emergency management of coastal resources. WIFF manages the simulations and the real-time monitoring data, archives the data and makes the information available through a WebGIS that targets users with distinct access privileges. Additionally, the web component of WIFF adapts automatically and transparently to any device. WIFF also provides ways to assess the model accuracy and generates tailored products based on model results and observations. WIFF is demonstrated in the prediction of extreme water levels in the Portuguese coast, simulating processes at different scales: at basin scales, waves are simulated in the North Atlantic and in the Portuguese shelf, and sea levels due to tides and atmospheric forcings are simulated in the Northeast Atlantic; at estuarine scales, high-resolution, fully coupled wave/circulation predictions are performed in the Tagus estuary to account for wave-current interactions. User-oriented georeferenced products are generated, including automatic model/ data comparisons, targeting the needs of civil protection agents and combining for the first time an agile, service-oriented platform with high-resolution, process-rich predictions of the Tagus dynamics.

Plataforma interativa e integradora para gestão do risco de inundação costeira

“…A WIFF é uma plataforma de previsão em tempo real genérica, adaptável a qualquer localização geográfica Fortunato et al, 2017a). Foi desenvolvida no LNEC a partir de 2007 para aplicações em meios aquáticos e suas interfaces urbanas, e integra um conjunto de modelos numéricos que corre diariamente em ambientes de elevada performance .…”

“…Quando a interação entre processos é relevante para o problema em simulação, o acoplamento é feito de forma mais completa e complexa, através da modelação integrada dos processos (ilustrado na Figura 3). Com base neste sistema de modelação, o LNEC opera vários sistemas operacionais regionais de agitação marítima e de circulação (Fortunato et al, 2017), de gestão do risco de derrames na Ria de Aveiro e de inundação e qualidade da água no estuário do Tejo (Fortunato et al, 2017a, David et al, 2015.…”

“…Inclui módulos de agitação marítima (Roland et al, 2012), qualidade da água (Rodrigues et al, 2009(Rodrigues et al, , 2011, transporte de hidrocarbonetos , morfodinâmica (Pinto et al, 2012, Guerin et al, 2016, entre outros. Tem sido abundantemente utilizado na costa Portuguesa (Guerreiro et al, 2015;Fortunato et al 2016Fortunato et al , 2017bFabião et al, 2016;.…”

“…A fronteira oceânica, definida com base na informação integrada na malha de cálculo providenciada pelo utilizador, será forçada pelos resultados do modelo operacional de circulação da costa Portuguesa do LNEC, também baseado numa implementação do modelo SCHISM (Fortunato et al, 2017a). Este modelo é por sua vez forçado por previsões globais de maré do modelo global FES2012 (Carrère et al 2012) e pelo efeito do barómetro inverso, para ter em conta as variações de pressão atmosférica.…”

“…Esta abordagem permite obter um primeiro sistema operacional que cumpre na totalidade os requisitos imediatos dos utilizadores, mas que não permite a sua atualização de forma ágil nem a sua generalização a outros sistemas. É exemplo desta abordagem o sistema de previsão em tempo real do LNEC, WIFF -Water Information Forecast Framework, suportado pelo sistema de modelação SCHISM (Zhang et al, 2016) e aplicável à previsão da circulação devida a marés, ondas, sobre-elevação meteorológica e caudal fluvial, da agitação marítima assim como da qualidade da água microbiológica (na cidade e nos meios recetores) e de derrames de hidrocarbonetos , Fortunato et al, 2017a, David et al, 2013. Este sistema apresenta uma abordagem e conceptualização genérica, mas cada implementação a um sistema é customizada através da implementação de software adaptado ao meio em estudo.…”