Para ilmuwan berharap dapat meniru kondisi badai paling ekstrem

Angin menderu dengan kecepatan lebih dari 300 kilometer per jam, menerjang sebuah rumah kayu berlantai dua dan merobek atapnya dari dindingnya. Kemudian datang air. Gelombang setinggi 6 meter melanda struktur, menjatuhkan rumah dari fondasinya dan menghanyutkannya.

Itulah visi menakutkan para peneliti yang merencanakan fasilitas canggih baru untuk menciptakan kembali malapetaka yang ditimbulkan oleh badai paling kuat di Bumi. Pada bulan Januari, National Science Foundation memberikan hibah $ 12,8 juta kepada para peneliti untuk merancang fasilitas yang dapat mensimulasikan kecepatan angin setidaknya 290 km / jam – dan dapat, pada saat yang sama, menghasilkan gelombang badai yang mematikan dan menjulang.

Tidak ada fasilitas yang dapat menghasilkan satu-dua pukulan seperti itu dari angin dan air yang ekstrim. Tapi itu adalah ide yang waktunya telah tiba — dan tidak terlalu cepat.

“Ini berpacu dengan waktu,” kata peneliti bencana Richard Olson, direktur penelitian kejadian ekstrem di Florida International University, atau FIU, di Miami.

Badai menjadi lebih buruk oleh perubahan iklim yang disebabkan manusia: Mereka menjadi lebih besar, lebih basah, lebih kuat dan lebih lambat (SN: 13/9/18; SN: 11/11/20). Para ilmuwan memproyeksikan bahwa musim badai Samudra Atlantik 2022, yang berlangsung dari 1 Juni hingga 30 November, akan menjadi musim ketujuh berturut-turut dengan lebih banyak badai daripada rata-rata. Musim baru-baru ini telah ditandai dengan peningkatan badai yang meningkat dengan cepat terkait dengan pemanasan air laut (SN: 21/12/20).

Tren tersebut diperkirakan akan terus berlanjut saat Bumi semakin memanas, kata para peneliti. Dan masyarakat pesisir di seluruh dunia perlu mengetahui bagaimana mempersiapkan diri: bagaimana membangun struktur — bangunan, jembatan, jalan, air dan sistem energi — yang tahan terhadap angin dan ombak yang dahsyat.

Untuk membantu persiapan tersebut, peneliti FIU memimpin tim insinyur angin dan struktural, insinyur pesisir dan laut, pemodel komputasi, dan pakar ketahanan dari seluruh Amerika Serikat untuk mencari cara terbaik untuk mensimulasikan raksasa ini. Menggabungkan angin ekstrim dan gelombang air menjadi satu fasilitas adalah wilayah yang belum dipetakan, kata Ioannis Zisis, seorang insinyur angin di FIU. “Ada kebutuhan untuk mendorong amplop,” kata Zisis. Tapi bagaimana tepatnya melakukannya, “jawabannya sederhana: Kami tidak tahu. Itu yang ingin kami cari tahu.”

Persiapan untuk “Kategori 6”

Bukannya badai ekstrem seperti itu belum pernah terlihat di Bumi. Hanya dalam beberapa tahun terakhir, Badai Dorian (2019) dan Irma (2017) di Samudra Atlantik dan Topan super Haiyan (2013) di Samudra Pasifik telah membawa badai dengan kecepatan angin lebih dari 290 km/jam. Badai ultra-intens semacam itu kadang-kadang disebut sebagai badai “kategori 6”, meskipun itu bukan sebutan resmi.

Administrasi Kelautan dan Atmosfer Nasional, atau NOAA, menilai badai di Samudra Atlantik dan Pasifik timur pada skala 1 hingga 5, berdasarkan kecepatan anginnya dan seberapa besar kerusakan yang mungkin ditimbulkan oleh angin tersebut. Setiap kategori mencakup kenaikan sekitar 30 km/jam.

Badai kategori 1, dengan kecepatan angin 119 hingga 153 km/jam, menghasilkan “beberapa kerusakan”, merobohkan beberapa kabel listrik, menumbangkan pohon, dan mungkin merobohkan atap sirap atau papan vinil dari sebuah rumah. Badai kategori 5, dengan kecepatan angin mulai dari 252 km/jam, menyebabkan “kerusakan dahsyat”, melibas bangunan dan berpotensi membuat lingkungan tidak dapat dihuni selama berminggu-minggu hingga berbulan-bulan.

Tapi 5 sama tingginya dengan skala resmi; setelah semua, apa yang bisa lebih menghancurkan daripada kerusakan bencana? Itu berarti bahkan badai raksasa seperti Badai Dorian 2019, yang meratakan Bahama dengan kecepatan angin hingga hampir 300 km/jam, masih termasuk kategori 5 (SN: 9/3/19).

“Sebenarnya, aku mengerti itu [NOAA doesn’t] melihat perlunya kategori 6, ”kata Olson. Tapi ada perbedaan persepsi publik, katanya. “Saya melihatnya sebagai jenis badai yang berbeda, badai yang lebih menakutkan.”

Dan selain label, kebutuhan untuk mempersiapkan badai yang lebih kuat ini jelas, kata Olson. “Saya tidak berpikir ada orang yang ingin menjelaskan 20 tahun dari sekarang mengapa kami tidak melakukan ini,” katanya. “Kami telah menantang alam. Selamat datang di pembalasan.”

Simulasi badai besar

FIU telah menjadi tuan rumah Wall of Wind, simulator badai besar yang ditempatkan di hanggar besar yang ditambatkan di salah satu ujungnya oleh busur 12 kipas kuning besar. Bahkan pada kecepatan angin rendah — katakanlah, sekitar 50 km/jam — kipas menghasilkan dengungan yang keras dan mengganggu. Dengan kecepatan penuh, kipas tersebut dapat menghasilkan kecepatan angin hingga 252 km/jam — setara dengan badai kategori 5 tingkat rendah.

Di dalam, para peneliti mengisi hanggar dengan struktur yang meniru gedung pencakar langit, rumah dan pohon, atau bentuk yang mewakili gundukan dan kemiringan permukaan tanah. Insinyur dari seluruh dunia mengunjungi fasilitas tersebut untuk menguji ketahanan angin kreasi mereka sendiri, menyaksikan angin menerpa desain struktural mereka.

kipas kuning di gudang membentuk Wall of Wind
Dua belas kipas menjulang di salah satu ujung Wall of Wind, fasilitas eksperimental besar di Florida International University di Miami. Di sana, angin dengan kecepatan 252 kilometer per jam memungkinkan para peneliti menciptakan kembali kondisi yang dialami selama badai kategori 5 tingkat rendah.NSF-NHERI Tembok Angin/FIU

Ini adalah salah satu dari delapan fasilitas di jaringan laboratorium nasional yang mempelajari potensi dampak angin, air, dan bahaya gempa bumi, yang secara kolektif disebut Infrastruktur Riset Teknik Bahaya Alam AS, atau NHERI.

The Wall of Wind dirancang untuk pengujian angin skala penuh dari seluruh struktur. Mesin angin lain, yang diselenggarakan di University of Florida di Gainesville, dapat memperbesar perilaku angin yang bergolak tepat di batas antara atmosfer dan tanah. Lalu ada tangki gelombang air simulasi tsunami dan badai raksasa di Oregon State University di Corvallis.

Fasilitas baru ini bertujuan untuk membangun di atas bahu raksasa ini, serta di laboratorium eksperimental lainnya di seluruh negeri. Fase desain diproyeksikan memakan waktu empat tahun, karena tim merenungkan cara meningkatkan kecepatan angin — mungkin dengan kipas yang lebih banyak, atau lebih kuat daripada Wall of Wind — dan bagaimana menggabungkan angin kencang dan tangki air besar dalam satu ruang eksperimental.

Laboratorium yang ada yang mempelajari angin dan gelombang bersama-sama, meskipun dalam skala yang jauh lebih kecil, dapat menawarkan beberapa wawasan tentang aspek desain tersebut, kata Forrest Masters, seorang insinyur angin di University of Florida dan kepala fasilitas NHERI lembaga itu.

Fase desain ini juga akan mencakup pembangunan versi lab masa depan yang diperkecil sebagai bukti konsep. Membangun fasilitas skala penuh akan membutuhkan putaran pendanaan baru dan beberapa tahun lagi.

Pendekatan masa lalu untuk mempelajari dampak badai angin kencang cenderung menggunakan salah satu dari tiga pendekatan: melakukan pengamatan lapangan setelah badai tertentu; membangun fasilitas eksperimental untuk menciptakan kembali badai; dan menggunakan simulasi komputasi untuk memvisualisasikan bagaimana dampak tersebut dapat terjadi di wilayah geografis yang luas. Masing-masing pendekatan ini memiliki kekuatan dan keterbatasan, kata Tracy Kijewski-Correa, seorang insinyur risiko bencana di Universitas Notre Dame di Indiana.

“Di fasilitas ini, kami ingin menyatukan semua metodologi ini,” untuk sedekat mungkin menciptakan kembali apa yang dapat dilakukan Alam, kata Kijewski-Correa.

Ini adalah masalah rekayasa yang menantang, tetapi yang menarik. “Ada banyak antusiasme untuk ini di komunitas ilmiah yang lebih luas,” kata Masters. “Jika itu dibangun, tidak akan ada yang seperti itu.”

BACA JUGA :  Mengubah tampilan menjadi abu-abu dapat membantu mengurangi ketergantungan ponsel Anda

Leave a Reply

Your email address will not be published.