Noticias

May 19, 2023

Los impactos de la pérdida de humedales causados ​​por las mareas y el desarrollo costero en los daños causados ​​por las marejadas ciclónicas a personas y propiedades: un caso del huracán Ike

Informes científicos volumen 13,

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 4620 (2023) Citar este artículo

1229 Accesos

18 Altmetric

Detalles de métricas

Los humedales costeros protegen a las comunidades durante los huracanes al reducir las inundaciones y los daños provocados por las marejadas ciclónicas. Estudios anteriores han cuantificado los beneficios de reducción de marejadas de los humedales, pero hay menos comprensión de cómo la combinación de la pérdida de humedales y el desarrollo costero influye en la distribución espacial de la extensión y los daños de las inundaciones. En este estudio, integramos un modelo hidrodinámico 2-D de alta resolución con análisis de cambios en el uso y la cobertura del suelo para evaluar los efectos de la pérdida total de humedales, la pérdida de humedales por décadas y el desarrollo costero sobre los daños por marejadas ciclónicas en la Bahía de Galveston, Texas. Medimos la extensión de las inundaciones causadas por la marejada ciclónica del huracán Ike en tres escenarios: (i) línea de base de 2008; (ii) 2008 Sin humedales, y (iii) 2019 "Actual H. Ike". Encontramos que durante el huracán Ike en 2008, la pérdida total de humedales costeros habría aumentado los daños en una cantidad neta de ~ USD $ 934 millones o el 12,8 % de los daños de referencia. Para el escenario H. Ike actual de 2019, encontramos que se perdieron muy pocos humedales entre 2008 y 2019. Si el huracán Ike hubiera ocurrido en 2019, los daños habrían sido mayores en ~ $ 2520 millones o 34,6 %, casi en su totalidad debido al aumento real valor inmobiliario y nuevo desarrollo costero. Nuestros hallazgos sugieren que, si bien el aumento de la exposición económica es un factor clave de los riesgos de marejadas ciclónicas en la Bahía de Galveston, la conservación efectiva de los humedales continúa reduciendo estos riesgos.

Las marejadas ciclónicas generadas por huracanes han resultado en grandes pérdidas económicas y muertes en los Estados Unidos durante el siglo pasado. Entre 1900 y 2017, los huracanes en los EE. UU. continentales causaron $2 billones en daños económicos y más de 16 000 muertes1,2. El riesgo de inundación por marejadas ciclónicas se puede caracterizar generalmente por el marco Peligro-Exposición-Vulnerabilidad3. Aquí, Peligro se refiere a la extensión de la inundación por marejada ciclónica provocada por los altos niveles de agua en la costa, Exposición se refiere a la cantidad de bienes o personas inundadas, y Vulnerabilidad es el grado en que estos bienes y personas se ven afectados por la inundación por marejada ciclónica.

Los niveles totales de agua en la costa que provocan inundaciones tierra adentro durante una tormenta son impulsados ​​principalmente por una combinación de marejada ciclónica y marea, con contribuciones de otras condiciones de circulación oceánica, como, por ejemplo, corrientes marinas4. Las marejadas ciclónicas son a menudo la causa principal de los daños durante un huracán. Por ejemplo, las inundaciones tierra adentro debido a marejadas ciclónicas fueron el mayor componente de los daños durante los huracanes Katrina en 20145, Ike en 20086, Sandy en 20147 y, más recientemente, el huracán Ian en 20228. Las costas del este y del golfo de EE. UU. son regiones con alta exposición y vulnerabilidad a los peligros de inundaciones por marejadas ciclónicas, agravadas por el aumento del nivel del mar. Los peligros de marejadas ciclónicas en estas llanuras aluviales generalmente planas pueden extenderse varias millas tierra adentro desde el área costera dependiendo de la topografía, la intensidad del huracán y los niveles de marea durante la marejada.

Si bien la marejada ciclónica es un impulsor clave de los riesgos de inundación, el desarrollo costero también influye en los riesgos al aumentar la exposición a estos peligros9,10. Se prevé que los efectos combinados del cambio climático y el desarrollo costero aumenten significativamente los daños futuros de los huracanes como proporción del crecimiento económico de EE. UU.11. El desarrollo costero, al conducir la exposición, puede aumentar los riesgos de inundaciones rápidamente y en períodos cortos de tiempo. Las evaluaciones basadas en GIS del aumento del nivel del mar y las proyecciones de población indican que, en los EE. UU., un aumento del nivel del mar de 0,9 m puede poner a más de 4 millones de personas en riesgo de inundación para 210012. Múltiples estudios han investigado la influencia del desarrollo costero sobre la exposición a los peligros del aumento del nivel del mar y las marejadas ciclónicas y los daños socioeconómicos asociados11,13. La mayoría de estos estudios se centran en el desarrollo costero proyectado y los aumentos asociados en la exposición al riesgo dentro de la llanura aluvial [p. ej., Ref. 14]. Sin embargo, el desarrollo costero no solo aumenta la exposición al riesgo de marejadas ciclónicas, sino que puede agravar aún más este riesgo al eliminar los humedales naturales entre mareas que han demostrado reducir los peligros de inundación por marejadas ciclónicas15.

Los humedales intermareales son una barrera natural importante que puede mitigar la exposición y la vulnerabilidad a las marejadas ciclónicas al reducir los peligros de extensión y altura de las inundaciones y, por lo tanto, evitar daños y muertes por huracanes16,17,18. Varios estudios han evaluado la física de la atenuación de las marejadas en los humedales y los beneficios subsiguientes de los humedales para reducir las marejadas ciclónicas19 y los daños a la propiedad20,21,22,23. Sheng et al.19 encontraron que sin la cubierta vegetal, algunas partes de Miami habrían experimentado inundaciones catastróficas durante el huracán Andrew de categoría 5 en 199219. Narayan et al.20 demostraron que los humedales de las marismas saladas evitaron daños por inundaciones de ~ $ 625 millones en varios estados a lo largo de el noreste de la costa atlántica de EE. UU. durante el huracán Sandy en 2018, de un total de $ 60 mil millones en daños, y encontró una fuerte correlación positiva entre la extensión de los humedales y la reducción de daños por inundaciones20. Sheng et al.23 encontraron que estos beneficios de los humedales variaban ampliamente según la ubicación, entre el 8 y el 52 % de las pérdidas relacionadas con las marejadas ciclónicas evitadas durante el huracán Sandy y otras tormentas hipotéticas23. En la Bahía de Galveston, Highfield et al.24, usando modelos estadísticos, encontraron que la extensión de los humedales de las marismas influía significativamente en las reclamaciones de seguros contra inundaciones, junto con la distancia desde la costa24. Aunque este estudio no exploró la distribución espacial de estos efectos, destacan la importancia de considerar la presencia de características del paisaje, incluidas las islas de barrera, ya que están intrínsecamente vinculadas a la distribución de la extensión de las inundaciones por marejadas ciclónicas y a los efectos de los humedales en estas extensiones de inundación. .

En este manuscrito, proporcionamos una primera exploración de la pérdida de humedales y el desarrollo costero como dos aspectos interrelacionados que influyen en la distribución espacial del riesgo de inundaciones costeras durante las marejadas ciclónicas. A medida que los humedales se pierden debido al aumento del nivel del mar y al desarrollo costero, su capacidad para proteger las costas contra las marejadas ciclónicas disminuye9. Nuestro manuscrito examina cómo los cambios en la cobertura del suelo y el uso del suelo dentro de la llanura aluvial, incluida la pérdida de humedales, impulsan la distribución espacial del riesgo de inundación por marejadas ciclónicas. Exploramos el efecto de estos cambios en el riesgo de inundación utilizando modelos basados ​​en procesos con resoluciones de cuadrícula que pueden capturar la influencia de las características del paisaje, incluidas las islas de barrera y los principales canales de navegación, como el Canal Intracostero. Al combinar modelos de marejadas ciclónicas con análisis espaciales de cobertura terrestre y uso de la tierra, nuestro manuscrito proporciona una primera evaluación de cómo la pérdida total de humedales, la pérdida de humedales decadal y el desarrollo costero juntos influyen en los daños por inundaciones de marejadas ciclónicas en una región altamente poblada y propensa a huracanes.

La Bahía de Galveston es una región densamente poblada y propensa a los huracanes que sufrió grandes inundaciones y destrucción de propiedades costeras durante tormentas pasadas, incluido el huracán Ike en 2008 y el huracán Harvey en 2017. La Bahía de Galveston también alberga grandes extensiones de humedales, a pesar del intenso desarrollo humano. a lo largo de la costa y la presencia de un importante canal de navegación25,26,27. Algunos estudios anteriores han investigado los efectos individuales del desarrollo costero y los humedales sobre las inundaciones en la Bahía de Galveston utilizando modelos empíricos y estadísticos con resoluciones significativamente más bajas en relación con nuestro estudio, y hasta la fecha no conocemos ninguno que haya examinado el efecto combinado de estos factores en riesgo de marejada ciclónica. Guannel et al.28 utilizaron un modelo 1-D estático empírico aplicado sobre múltiples transectos perpendiculares a la costa28 para evaluar la influencia del aumento del nivel del mar en el valor de protección costera de los humedales costeros, y Brody et al.29 exploraron el efecto de palustrine pérdida de humedales sobre los riesgos de inundación basados ​​en la precipitación utilizando métodos estadísticos espaciales29, aunque ninguno de estos estudios examinó la influencia del desarrollo sobre el riesgo. Un proyecto multidisciplinario llevado a cabo por el Instituto de Investigación Harte investigó el impacto social y económico del aumento del nivel del mar en los condados de Harris, Brazoria, Galveston, Chambers y Liberty que rodean la Bahía de Galveston30, aunque este estudio no evaluó los efectos de los humedales o el desarrollo costero en daños por marejada ciclónica. Utilizando la Bahía de Galveston como caso de prueba, nuestro estudio presenta una evaluación novedosa, de alta resolución y espacialmente explícita de los impactos combinados de los humedales de marea y el desarrollo costero en los riesgos de marejadas ciclónicas para las personas y las propiedades. En 2008, el huracán Ike tocó tierra en Galveston como huracán de categoría 2 y se convirtió en una de las tormentas más costosas y dañinas en la historia de los EE. UU.31. Aunque Ike era solo una tormenta de categoría 2 cuando tocó tierra, tenía un gran campo de viento que creó una gran marejada ciclónica que causó inundaciones significativas y una gran destrucción de propiedades costeras, especialmente en el lado este de la Bahía de Galveston. Los daños estructurales y a la propiedad totales causados ​​por el huracán Ike en los países del Caribe y los Estados Unidos se estiman en más de $29 500 millones32 con una pérdida estimada de vidas de 112 personas relacionadas directa e indirectamente con la tormenta a lo largo de las regiones de la costa del Golfo de EE. UU.33,34. Las áreas del lado derecho de la pared del ojo del huracán Ike, que estuvieron expuestas a vientos huracanados terrestres extremos, generalmente registraron niveles de marejada ciclónica más altos, con un nivel máximo de marejada de 5,3 m registrado hasta 29 km tierra adentro en el condado de Chambers, Texas32.

Para evaluar los impactos de la pérdida de humedales causados ​​por las mareas y el desarrollo costero en los daños causados ​​por las marejadas ciclónicas, integramos Delft3D, un modelo hidrodinámico de marejadas ciclónicas en 2-D, con análisis espaciales de cobertura terrestre y cambio de uso de la tierra utilizando múltiples conjuntos de datos disponibles públicamente entre los años 2008 y 2008. 2019 y para tres escenarios comparativos. En primer lugar, configuramos y validamos un modelo Delft3D de alta resolución (de 5,56 km en las profundidades del océano a 86 m en las regiones costeras y cercanas a la costa) para simular la extensión y la altura de las inundaciones por marejadas ciclónicas durante el huracán Ike en la región de la Bahía de Galveston. Luego evaluamos la extensión de las inundaciones causadas por la marejada ciclónica del huracán Ike para tres escenarios: (1) línea de base de 2008 con datos de nivel medio del mar, humedales y cobertura terrestre de 2008; (2) 2008 Sin humedales con nivel medio del mar y cobertura terrestre de 2008, pero asumiendo que todos los humedales costeros se pierden en aguas abiertas; y (3) el "Huracán Ike actual" de 2019 con el nivel medio del mar de 2019, incluido el aumento del nivel del mar desde 2008, y la cubierta terrestre y los humedales de 2019. Las alturas de inundación se evalúan solo para la marejada ciclónica y no para las olas. Integramos las alturas de inundación de las marejadas ciclónicas de estos tres escenarios con conjuntos de datos espaciales disponibles públicamente de población, cobertura terrestre, uso de la tierra y valor económico para evaluar los daños causados ​​por las marejadas ciclónicas. Usamos datos públicos de impuestos sobre la propiedad y el uso de la tierra para 2019 para evaluar los valores económicos totales en el área inundada. Para 2008, derivamos valores económicos basados ​​en conjuntos de datos disponibles sobre la cobertura y el uso de la tierra para 2008 y 2019. Para evaluar los daños económicos, usamos funciones de daños en profundidad para calcular, de manera espacialmente explícita, los daños esperados a la economía. valor de los tipos de uso de la tierra residencial, comercial y agrícola debido a las inundaciones para cada escenario. Se comparan los valores de daños de todos los escenarios para comprender cómo la distribución de los humedales influyó en los daños causados ​​por las marejadas ciclónicas durante H. Ike en 2008 y cómo el nuevo desarrollo costero y la pérdida de humedales en la década posterior han influido en estos riesgos. Todos los montos en dólares se presentan como dólares de 2019.

La marejada ciclónica del huracán Ike inundó el 55% de la planicie de inundación (Tabla 1). Estimamos que la marejada ciclónica afectó a 143 598 personas, o ~35 % de la población de la región, y causó daños por marejada ciclónica de aproximadamente $7270 millones. Para ambos escenarios de daños de 2008, los picos de inundación más altos ocurren principalmente en la parte este de la Bahía de Galveston (3–4,8 m) (Fig. 1a,b). Esto se debe a los vientos huracanados que empujan el agua hacia las zonas costeras. Los valores máximos de inundación más bajos se observan en el lado occidental de la bahía (< 2 m), donde se ubicó principalmente el lado izquierdo del huracán Ike, con vientos que soplan hacia el mar. El huracán Ike también inundó otras partes de la costa de Texas y los estados vecinos (Fig. S6). El modelo de marejada ciclónica funciona bien frente a los niveles de agua del mareógrafo observados y las marcas de agua alta, con un error cuadrático medio máximo de 0,14 m para las observaciones del mareógrafo y de 0,68 m para las marcas de agua alta (Tabla S1; Figs. S14, S15).

Alturas máximas de inundación simuladas (m) que muestran la diferencia entre las elevaciones de inundación y la superficie topográfica (es decir, del suelo) del huracán Ike sobre las regiones de la Bahía de Galveston para: (a) 2008 Sin humedales, (b) Línea base de 2008 y (c) Diferencia ( Sin humedales 2008 – Línea de base 2008). Las elevaciones topográficas y de inundación son todas relativas al MSL.

Los humedales intermareales causaron una reducción notable en la elevación de la inundación de 0,25 a 0,9 m (Fig. 1c) en la mayoría de las regiones que rodean la Bahía de Galveston durante el huracán Ike. Estos humedales redujeron la extensión total de las inundaciones máximas en 112 km2 durante el huracán Ike en 2008 (Fig. 1c) y protegieron a más de 18 000 personas de esta inundación. Dentro del área de estudio de 3000 km2, el tamaño total de la cubierta de humedales (Humedales Herbáceos Emergentes) en 2008 fue de 828 km2, y la población total fue de 405,730 personas.

La reducción en la extensión de las inundaciones debido a la presencia de humedales se tradujo en una reducción neta de los daños económicos por inundaciones de ~ US$934 millones o 12,8% de las pérdidas de referencia. Entre las regiones inundadas, los condados de Galveston y Harris fueron los que más se beneficiaron de la presencia de humedales con más de $400 millones en daños por inundaciones evitados en cada condado, y las regiones costeras en el área metropolitana de Houston recibieron beneficios significativos (Tabla 1; Fig. 2a,b ).

(a) El mapa muestra el valor del beneficio porcentual de la cobertura de humedales desde 2008, calculado como la relación de la diferencia en daños: (2008 sin humedales-línea de base de 2008)*100/línea de base de 2008. Los paneles insertados (b) y (c) muestran ejemplos detallados de valores de beneficios porcentuales positivos y negativos, respectivamente, a lo largo de la ruta de H. Ike para las costas metropolitanas de Houston y la isla de Galveston.

Nuestro estudio estima que el valor promedio de los humedales en la región de la Bahía de Galveston para evitar daños por marejadas ciclónicas es de $1.1 millones por km2 durante el huracán Ike, aunque los beneficios unitarios de los humedales varían ampliamente según la ubicación. Durante el huracán Ike, el condado de Galveston recibió aproximadamente ~ $ 415 millones en beneficios de reducción de marejadas ciclónicas de 198 km2 de humedales costeros, lo que se traduce en un beneficio económico de ~ $ 2,1 millones por km2 de humedales en este condado, mientras que en el condado de Brazoria, donde las pérdidas y los humedales las extensiones fueron más bajas en general, los humedales proporcionaron beneficios de ~ $ 32,000 por km2 (Tabla 1).

La pérdida total de humedales habría provocado que el 60 % de la llanura aluvial y el 40 % de la población (162 069 personas) se inundaran debido a la marejada ciclónica, es decir, 18 471 personas adicionales en comparación con la línea de base. La pérdida total de humedales habría aumentado en más del doble, el área total que experimentó una marejada ciclónica extrema de > 4 m, y habría aumentado la cantidad de personas que experimentaron una marejada > 4 m en ~ 25 % (Tabla complementaria S4). Sin embargo, encontramos que los beneficios de los humedales para evitar daños por marejadas ciclónicas son mayores a alturas máximas de inundación más bajas, con más de $ 780 millones, es decir, más del 80 % de los beneficios totales de los humedales, recibidos cuando las alturas máximas de inundación fueron inferiores a 2,5 pies (Fig. . S13).

Curiosamente, también encontramos que los humedales aumentan las profundidades máximas de las inundaciones y los daños por inundaciones en algunos lugares, en ~ $ 20 millones, o el 0,28% de las pérdidas totales de referencia). Este efecto negativo de la cobertura de humedales se observa principalmente en las regiones costeras exteriores de las islas de barrera, para las propiedades que están ubicadas mar adentro de los humedales (Fig. 2c).

Nuestro estudio muestra que si el huracán Ike hubiera vuelto a ocurrir en 2019, los daños totales por marejadas ciclónicas habrían sido de ~ 9,79 mil millones. Esto representa un aumento en los daños desde 2008 de ~ 2,52 mil millones o 34,6%. Encontramos que los aumentos en el valor económico, en la forma de nuevos desarrollos costeros y aumentos en los valores inmobiliarios, son responsables del 99.7 % del aumento total en los daños económicos por la marejada ciclónica durante la última década (Fig. 3a–c). Casi el 90 % de este aumento del riesgo debido a la actividad económica se debe al aumento del valor de los inmuebles dentro de la llanura aluvial entre 2008 y 2019.

(a) Cambio en la cobertura de humedales entre 2008 y 2019 en la Bahía de Galveston: las áreas naranja y verde indican pérdida y ganancia en la cobertura de humedales, respectivamente, y las áreas de color amarillo claro indican humedales que no cambiaron. (b) Cambio en el valor de la propiedad entre 2008 y 2019, incluidos aumentos en los precios inmobiliarios en rojo, disminuciones en azul y ningún cambio en amarillo (c) Diferencia en las alturas máximas de inundación (es decir, diferencia entre elevaciones de inundación y elevaciones topográficas con respecto al MSL datum) entre el "Huracán Ike actual" de 2019 y los escenarios de referencia de 2008, (d) Diferencia en los daños económicos por marejadas ciclónicas entre el "Huracán Ike actual" de 2019 y los escenarios de referencia de 2008.

El aumento de daños solo por nuevos desarrollos, sin considerar el aumento de valor de los inmuebles, es de ~ US$ 269 millones, o ~ 11% del aumento total de daños. Una comparación de los datos de cobertura y uso de la tierra entre la línea de base de 2008 y los escenarios del "Huracán Ike actual" de 2019 muestra que aproximadamente el 3 % de la llanura aluvial experimentó un cambio en la cobertura de la tierra entre 2008 y 2019, la mayor parte como desarrollo urbano (Fig. 3a, d). La superficie de suelo urbanizado aumentó en 52 km2 (8%) entre 2019 y 2008, toda la cual se inundó. Los mayores aumentos en el riesgo de nuevos desarrollos se dieron en terrenos industriales ($114 millones), residenciales ($84 millones) y comerciales ($60 millones).

El estudio encontró que el nuevo desarrollo costero también está asociado con una cantidad muy pequeña de pérdida de humedales que agrava aún más este riesgo. La pérdida neta de humedales durante esta década fue de aproximadamente 31 km2 (3,7 % de la extensión de humedales de 2008), con algunas áreas experimentando una pérdida y otras áreas experimentando una ganancia neta en la extensión de humedales (Fig. 3a), lo que resultó en un aumento neto de daños por marejada ciclónica de ~ $7 millones, lo que se traduce en el 0,27 % del aumento total de los daños y el 2,6 % del aumento de los daños debido solo al nuevo desarrollo. La pérdida bruta de humedales fue de ~ 15,95 km2 (1,9 % de la extensión de humedales de 2008), la mayor parte debido al reemplazo de humedales con infraestructura (Fig. 3a,b). Algunas partes de la llanura aluvial también ganaron humedales durante esta década, hasta un total de 6,68 km2 de área de humedales (0,8% de la extensión de humedales de 2008).

Este estudio presenta una evaluación novedosa del impacto combinado del desarrollo costero y los impulsores de la pérdida de humedales en la cantidad total y la distribución espacial de las inundaciones y los daños por marejadas ciclónicas a lo largo de una escala de tiempo decenal relevante para la gestión del riesgo de inundación y la toma de decisiones. Si bien se reconoce ampliamente que estos impulsores influyen individualmente en los riesgos al modificar los peligros y la exposición, nuestro estudio presenta una primera exploración del impacto combinado de la pérdida de humedales y el desarrollo costero en términos de daños económicos por inundación causados ​​por marejadas ciclónicas. El estudio también destaca la medida en que los cambios en el valor de los bienes raíces impulsan aumentos en el riesgo general.

Las inundaciones por marejadas ciclónicas fueron responsables de una gran parte de los daños totales del huracán Ike. Si bien es difícil validar con precisión nuestras estimaciones de daños, nuestra estimación de $7270 millones en daños por marejadas ciclónicas subestima levemente las estimaciones de daños totales del huracán Ike32,35,36,37. Álvarez y Plocheck37 estiman que el huracán Ike provocó daños totales por $15,600 millones, de los cuales $8,900 millones se debieron a la marejada ciclónica en los condados de Galveston, Harris y Chambers. Estos condados constituyen el 98% de nuestra área de estudio. Otro informe de la División de Seguridad Nacional de la Oficina estimó daños totales de $9.3 mil millones al incluir daños al transporte, estructuras públicas, viviendas, hospitales y reparaciones de infraestructura35. NOAA publicó un informe que estimó un valor de daño mayor de $29.5 mil millones al incluir todos los estados afectados32 y el Servicio de Extensión de Ingeniería de Texas publicó un informe que estimó una pérdida total de $142 mil millones, que incluía daños económicos a largo plazo36. Los valores de daños estimados ($29-$142 mil millones) en la mayoría de los demás informes superan los de nuestro estudio porque incluyen daños de varios estados (Texas, Luisiana y Arkansas), impactos del viento, daños por inundaciones inducidas por la lluvia e impactos económicos a largo plazo. . Nuestro estudio se desvía de estos informes en que (1) nos enfocamos solo en los daños a la propiedad costera inducidos por las marejadas ciclónicas; (2) asumió que el daño solo ocurre por encima de un mínimo (umbral) de profundidad de inundación superior a 0,1 m; (3) asumió que el daño económico de la marejada ciclónica se limita solo a edificios y tierras de cultivo, y; (4) no incluye daños por impactos secundarios como la interrupción del negocio. También evaluamos el efecto de las incertidumbres en las estimaciones de la altura máxima de las inundaciones en nuestros valores de daños económicos. Encontramos que las diferencias entre las marcas de agua altas modeladas y observadas dan como resultado variaciones en las estimaciones de daños en esos hexágonos de menos de $ 0.01 millones (Fig. S14). Presentamos de manera conservadora todos nuestros resultados acumulados al millón de dólares más cercano.

Los hallazgos de este estudio resaltan la importancia de conservar la extensión de los humedales para mantener sus beneficios de protección contra inundaciones. Existen varias regulaciones en la región de la Bahía de Galveston que protegen los hábitats de los humedales costeros38. Además, la región de la Bahía de Galveston tiene una larga historia de esfuerzos de conservación de humedales por parte de instituciones estatales y organizaciones no gubernamentales26. En 2021, la Fundación de la Bahía de Galveston gastó ~ $11,5 millones obtenidos de subvenciones regionales y federales para adquirir más de 4000 acres, o 16 km2, de humedales para la conservación en los condados de Brazoria y Galveston39. Sobre la base de un valor unitario de $1,1 millones por km2, una inversión de $12 millones en la conservación de 16 km2 de estos humedales se traduce en un retorno de la inversión de casi el 150 % solo en estos beneficios de reducción de riesgos, lo que respalda hallazgos similares en otros ecosistemas costeros y regiones40. Nuestras estimaciones de los beneficios de los humedales para la reducción de daños por marejadas ciclónicas coinciden bien con lo que han encontrado estudios anteriores, aunque estos resultados varían ampliamente según la ubicación y el contexto del huracán. Sun y Carson41 estimaron el valor económico de los humedales durante el huracán Irma en $860.000 por km241. Otros estudios en el noreste de EE. UU. han demostrado que los beneficios relativos de los humedales varían entre el 8 y el 52 %23 del daño total por inundación durante eventos de tormenta individuales, y promedian alrededor del 15 % del daño por marejada en términos de beneficios anuales de reducción de inundaciones20.

El estudio encuentra que, en algunos casos, los humedales entre mareas también aumentan los daños causados ​​por las marejadas ciclónicas, aunque este efecto es pequeño (2,14 % de los beneficios netos totales) en comparación con el efecto positivo neto de estos humedales en el resto de la región (Fig. 2a). Este hallazgo respalda hallazgos similares de evaluaciones anteriores de los beneficios de reducción de marejadas ciclónicas de los humedales de marismas y manglares20,42. Este estudio muestra que las islas de barrera exteriores en la Bahía de Galveston fueron testigos de un aumento en las alturas máximas de inundación durante H. Ike, debido a la presencia de humedales pantanosos en la barrera trasera que funcionaban como barreras semipermeables que ralentizaban o bloqueaban el flujo de la tormenta. surge más hacia el interior. A medida que los humedales se consideran cada vez más como alternativas dentro de las carteras de defensa costera43, se vuelve esencial comprender cómo estos humedales se comportan como barreras y, por lo tanto, cómo influyen en los impactos de las inundaciones en las áreas adyacentes a estos humedales.

Los hallazgos de este estudio también destacan la importancia de considerar los cambios en la extensión de los humedales, el valor inmobiliario y el desarrollo costero al evaluar los riesgos de inundación. Las políticas regionales de gestión del uso de la tierra, incluidas las decisiones sobre la planificación y conservación del uso de la tierra, a menudo se actualizan en escalas de tiempo de 10 a 30 años44. Las decisiones de gestión de riesgos de inundaciones y las políticas de precios de seguros se basan típicamente en mapas de inundaciones estáticos de la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA) que se actualizan periódicamente45. Sin embargo, el proceso de incluir estos datos en las pólizas de seguro y las leyes de zonificación puede llevar mucho más tiempo, mientras que la llanura aluvial continúa cambiando en términos de peligros y exposición, lo que podría hacer que estas pólizas queden obsoletas a su llegada46. Al cuantificar la variabilidad espacial y temporal del riesgo de daños por marejadas ciclónicas debido a los cambios en el uso de la tierra y la extensión de los humedales durante una década, nuestro estudio enfatiza la importancia de identificar cómo los cambios en estos factores pueden estar influyendo en el riesgo de inundación actual.

El estudio se enfoca en investigar las inundaciones y extensiones relacionadas con las marejadas ciclónicas y no considera el efecto de las olas, lo que hace que nuestras estimaciones tanto de los daños como de los beneficios de los humedales sean algo conservadoras. En las regiones costeras, las olas pueden ser un factor importante que influya en la extensión de las inundaciones durante un huracán, aumentando potencialmente los daños a las personas y las propiedades47. Se ha demostrado que los ecosistemas costeros, en particular los humedales intermareales, son muy efectivos para reducir la altura de las olas durante eventos extremos48. Las inundaciones y los daños inducidos por las olas, si bien su modelado en alta resolución es computacionalmente costoso, son un componente importante de las inundaciones y se requieren más estudios para aislar su contribución a los daños por inundaciones, así como sus interacciones con los humedales costeros durante eventos extremos. También se requiere más investigación sobre los beneficios de los humedales durante los eventos de olas altas. La evaluación de los daños utiliza las funciones de daño en profundidad descritas anteriormente que brindan información empírica sobre la extensión del daño estructural que se espera de diferentes profundidades de inundación. Estas funciones se utilizan ampliamente en lugar de observaciones sobre el terreno de datos de daños estructurales que pueden ser difíciles de obtener después de un evento extremo [p. ej., Ref.13].

La simulación de la inundación del huracán Ike se realiza utilizando un modelo de elevación digital con una resolución de 10 m dentro de la Bahía de Galveston que captura la mayoría de los principales canales de navegación y navegación (Fig. 4a–c). Si bien la mayoría de estos canales se capturan en el DEM (Fig. 4c), nuestro modelo tiene una resolución de cuadrícula de 86 m y, por lo tanto, el efecto de los canales de menos de 86 m de ancho se promedia dentro del modelo. La resolución explícita de canales más pequeños es computacionalmente costosa para grandes regiones de estudio como esta, pero es importante para la investigación de inundaciones urbanas a pequeña escala en entornos costeros urbanos altamente canalizados49.

(a) Mapa que muestra los detalles de la batimetría (en relación con el nivel medio del mar (MSL) para el Golfo de México (GoM). La línea punteada negra indica los límites abiertos de Delft3D, donde se aplica el forzamiento de las mareas. (b) Mapa que muestra el batimetría de la parte noroeste del GoM donde se realizó la validación del modelo de inundación. Las marcas de agua máximas del USGS utilizadas para la validación del modelo se muestran en triángulos azules. (c) Mapa que muestra la batimetría de la Bahía de Galveston y las ubicaciones de las estaciones de mareas (círculos rojos) , marcas de marea alta (triángulo azul) y boya de olas (estrella amarilla) utilizadas para la validación del modelo. La línea de flecha indica la trayectoria de Ike en todos los paneles.

Nuestra evaluación de la pérdida de humedales utiliza un escenario extremo que asume que todos estos humedales son reemplazados por aguas abiertas sin cambios en la elevación subyacente. Si bien es extremo, este escenario es la forma más clara de cuantificar explícitamente los beneficios de protección contra inundaciones de la totalidad de estos humedales para la reducción de daños por marejadas ciclónicas. Sin embargo, tal escenario no es poco realista para las regiones más pequeñas, incluso en el Golfo de México50,51. Esperamos que esta estimación sea conservadora, ya que potencialmente subestima los beneficios de los humedales, ya que no consideramos la reelaboración geomorfológica de la batimetría, los sedimentos y las corrientes que podrían acompañar a una pérdida tan extensa de humedales52, lo que puede agravar aún más el aumento de los riesgos de marejadas ciclónicas.

El análisis de población utilizó datos del censo de 2010 que pueden no reflejar la población real de la región durante H. Ike en 2008. Las secuelas del huracán Ike provocaron que algunas de las regiones más afectadas, como la isla de Galveston, perdieran población debido a que la gente se mudaba de la isla53. La evidencia de la isla de Galveston sugiere una reducción en la población de aproximadamente 11,000 o el 5% de la población total dentro de la región inundada por la marejada ciclónica del huracán Ike54. Tal migración de personas fuera de una región después de un evento extremo puede causar una subestimación del número total de personas afectadas durante las evaluaciones de daños. En nuestro estudio, utilizamos suposiciones basadas en datos de cobertura de suelo de 2008 y 2019, y datos de uso de suelo de 2019 para llenar los vacíos en los datos de uso de suelo de 2008 para usar en las funciones de daño de profundidad. Estas suposiciones reducen la precisión de nuestras estimaciones de daños y resaltan la importancia de desarrollar, cuando sea posible, datos históricos sobre el uso de la tierra para obtener mejores estimaciones de los daños causados ​​por huracanes anteriores.

Los hallazgos de este estudio se suman a una creciente literatura que arroja luz sobre la importancia de los humedales de marea para la reducción del riesgo de marejadas ciclónicas y el efecto simultáneo que tiene el desarrollo costero en el aumento de la exposición a estos riesgos. El huracán Ian en 2022 demostró una vez más las consecuencias de las opciones de desarrollo en las costas de riesgo, incluso delante y detrás de los bosques de manglares costeros e intermareales55. Los modelos espacialmente explícitos de alta resolución, como los presentados en este estudio, pueden proporcionar información crítica tanto a los planificadores locales como a los profesionales de la restauración sobre dónde construir en las costas y dónde restaurar o proteger los hábitats naturales como defensas costeras naturales.

La Bahía de Galveston tiene una longitud de 50 km y un ancho de 27 km y es el estuario más grande de la costa del Golfo de Texas, con una superficie de 1554 km2. La profundidad promedio es de 3 m, excepto donde el canal marino pasa por el medio de la bahía con una profundidad de más de 12 m (ver Fig. 4c). Dos ríos (San Jacinto y Trinity) representan las principales fuentes de agua dulce. En el lado del mar, dos entradas conectan la Bahía con el Golfo de México. La mayor parte de la población humana en la Bahía se concentra en áreas en el lado occidental de la Bahía. La Bahía tiene humedales costeros en todas partes, aunque la mayoría de estos están ubicados en el lado sur de la Bahía, así como algunos en los lados este y noreste. El tamaño total del área de estudio en la Bahía de Galveston (área terrestre alrededor de la Bahía de Galveston) es de 3000 km2.

DELFT3D-FLOW, un modelo hidrodinámico basado en procesos, se utilizó para el modelado de inundaciones por marejadas ciclónicas. El modelo hidrodinámico solo estima los flujos de las marejadas ciclónicas y las inundaciones relacionadas y no tiene en cuenta las olas o las inundaciones inducidas por las olas que pueden ocurrir además de las marejadas ciclónicas. Varios estudios de modelos numéricos han utilizado diferentes sistemas de modelado de marejadas ciclónicas para estudiar el comportamiento de las marejadas ciclónicas y las inundaciones en áreas costeras en la parte superior del Golfo de México debido al huracán Ike50,51,52. Veeramony et al.55 examinaron el rendimiento del modelo Delft3D-FLOW para simular la marejada ciclónica y la inundación del huracán Ike y descubrieron que predice razonablemente bien la extensión de la inundación de Ike. Solo modelamos la marejada ciclónica y no consideramos las olas en este análisis.

Delft3D-FLOW es un modelo numérico bien desarrollado que se usa comúnmente para resolver ecuaciones de aguas poco profundas inestables tridimensionales o bidimensionales (promedio de profundidad) (continuidad [Ecuación complementaria S1] y ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynold [Ecuaciones complementarias. S2 y S3]) en una grilla computacional con un enfoque de volumen finito implícito para simular procesos hidrodinámicos costeros17,53,54. Este estudio utiliza Delf3D-Flow en el modo 2D.

Se asignó un dominio de cuadrícula no estructurado con una resolución espacial de 5,5 km (0,05 grados) a todo el Golfo de México y la resolución aumentó gradualmente a una cuadrícula más fina cerca de la costa de Texas y hacia la Bahía, alcanzando finalmente una resolución espacial de 86 m dentro de Bahía de Galveston y la llanura aluvial circundante. El dominio modelo fue construido para extenderse desde el exterior del Golfo de México hacia la planicie de inundación costera alrededor de la Bahía de Galveston hasta una elevación topográfica de 10 m. La elección de la resolución del modelo de 86 m dentro de la Bahía de Galveston y la llanura aluvial se basó en una evaluación del valor en términos de la extensión de las inundaciones frente a los costos computacionales. Dado que las celdas de cuadrícula de 86 m capturaron con precisión las características clave del paisaje y los principales canales de navegación, descubrimos que aumentar esta resolución a 30 m no cambió significativamente los resultados de la extensión de la inundación, pero aumentó considerablemente los costos computacionales.

Se integraron tres conjuntos de datos de batimetría en el modelo (ver Tabla 2). En la Bahía de Galveston, el estudio utilizó un Modelo Digital de Elevación (DEM) de batimetría de alta resolución espacial de 10 m. El modelo incluyó información sobre los constituyentes de las mareas implementados como componentes astronómicos en términos de amplitud y fase, obtenidos de los datos del Altímetro Satelital Global (AVISO) con una resolución espacial de 6.94 km a lo largo de los dos límites abiertos en el sur y sureste del dominio del Golfo de México. (líneas negras en la Fig. 4a). Para tener en cuenta los cambios en las elevaciones del agua debido a la expansión estérica estacional en el Golfo de México, se agregó un nivel de agua inicial de 0,125 m con base en las fluctuaciones estacionales promedio en 2008, en 22 estaciones de mareas del Golfo de México (Fig. S1). La simulación de la marejada ciclónica fue impulsada principalmente por el forzamiento atmosférico. Se utilizó un conjunto de datos de campo de viento variable espacial y temporal como forzamiento externo en el modelo (ver Tabla 2). Para el coeficiente de arrastre del viento \({C}_{d}\), los valores de los puntos de corte predeterminados (\({C}_{d}\) de 0,00063 y 0,00723 para \({U}_{10}\) de 0 m/s y 100 m/s, respectivamente) subestimó el nivel máximo de agua simulado. Utilizamos puntos de corte modificados (\({C}_{d}\) de 0,0028 y 0,0035 para \({U}_{10}\) de 0 m/s y 100 m/s, respectivamente) para mejorar el rendimiento del modelo en términos de capturar con precisión la magnitud y la forma del pico de la marejada ciclónica generada por Ike. La modificación de los puntos de corte establecidos para el coeficiente de arrastre ha sido sugerida y reportada en diferentes estudios10,11,12.

Para estudiar el impacto de los humedales en las inundaciones por marejadas ciclónicas en la Bahía de Galveston, estos hábitats se representaron en el modelo numérico como coeficientes de Manning para la rugosidad de la superficie. Los valores de los coeficientes se derivaron en función de las clasificaciones de cobertura terrestre, obtenidas de las Bases de datos nacionales de cobertura terrestre NLCD de 2008 (Tabla complementaria S3). Las clasificaciones de Cobertura Terrestre se tradujeron al valor n de Manning correspondiente basado en Mattocks y Forbes56. El enfoque de este estudio está en los Humedales Herbáceos Emergentes que tienen un valor n de Manning de 0.045. El modelo de marejada ciclónica se calibró utilizando el valor n de Manning del Golfo de México y los coeficientes de arrastre del viento. Dado que las áreas alrededor de la costa de Texas y Luisiana son en su mayoría fondos fangosos, se utilizó un valor de 0,012 para aguas abiertas en lugar de 0,02 que se aplica a las áreas arenosas55,57.

Para garantizar que el modelo de flujo Delft3D capture con precisión las señales de las mareas, el modelo de flujo se configuró primero con solo componentes de marea a lo largo de los límites abiertos como forzamiento externo. Se utilizaron un total de 34 componentes de marea (ver archivo SI) en el modelo junto con la consideración de variaciones estacionales en el nivel del agua debido a la temperatura y la salinidad. La simulación se llevó a cabo durante un período del 1 al 16 de enero de 2008 con un paso de tiempo de 10 min. Las estadísticas de la comparación muestran una buena concordancia entre el nivel de agua simulado e in situ en la mayoría de las ubicaciones de mareógrafos, con un valor R que oscila entre 0,72 y 0,92 y valores RMSE entre 0,09 m y 0,14 m, aunque los valores de pendiente de la línea de regresión sugiere una subestimación del nivel del agua (pendiente de 0,85 a 0,93) (Figura complementaria S2 y Tabla S1). El modelado preciso de marejadas ciclónicas simuladas depende principalmente de la precisión del forzamiento externo, especialmente del campo del viento (velocidad y dirección del viento) y la caída en la presión barométrica. Por lo tanto, el nuevo análisis del campo de viento y los conjuntos de datos de presión (del modelo climático global) se compararon con las observaciones en varias estaciones de mareas de la NOAA en la Bahía de Galveston y boyas de olas en alta mar. Para las velocidades del viento, se encontró que las simulaciones estaban en buen acuerdo con las observaciones, donde se encontraron errores RMS inferiores a 2,3 m/s con coeficientes de correlación superiores a 0,84. Para cuantificar la simulación de la dirección del viento, determinamos los coeficientes de correlación complejos. Estos coeficientes oscilan entre 0,53 y 0,83 con ángulos de -7,3 a 3,34 grados. El conjunto de datos de presión de reanálisis muestra una fuerte correlación con las observaciones (Figuras complementarias S3-S5 y Tabla S2).

Después de garantizar que el modelo Delft3D capture con precisión la señal de las mareas y las observaciones meteorológicas, el modelo se configuró para la simulación de marejadas ciclónicas al incluir los conjuntos de datos de campo de presión y viento de tormenta como forzamiento externo. El modelo de tormenta se ejecutó del 20 de agosto al 29 de septiembre de 2008 para simular el nivel total del agua en la costa. La Figura 5 muestra comparaciones de series de tiempo del nivel de agua simulado y medido en diferentes ubicaciones de mareógrafos en la Bahía de Galveston (ver paneles de la izquierda en las Figs. 4c, 5), así como varios medidores de nivel de agua del USGS (ver paneles de la derecha en las Figs. 4b, 5 ). Para cuantificar el rendimiento del modelo de marejada ciclónica, se llevan a cabo análisis estadísticos y se resumen en la Tabla 3. El modelo de marejada ciclónica captura con precisión la magnitud y la forma de los picos de marejada ciclónica en todas las ubicaciones. Los valores de error RMS oscilan entre 0,18 y 0,39 m con coeficientes de correlación superiores a 0,90 (Tabla 3).

Comparación de los niveles totales de agua (WL) en el datum vertical del nivel medio del mar (MSL) entre las estaciones de mareas (en negro) y el modelo de marejada ciclónica (en rojo) en diferentes ubicaciones en el área de estudio.

Una vez validado, el modelo se usó para calcular la extensión de las inundaciones por marejadas ciclónicas para tres escenarios: (1) Línea de base de 2008, con nivel medio del mar (MSL) de 2008 y cobertura terrestre; (2) 2008 Sin humedales 2008, con 2008 MSL, y cobertura terrestre pero sin humedales (aquí los humedales son reemplazados por aguas abiertas); y (3) "Horacán Ike actual" de 2019, con MSL de 2019, cobertura terrestre de 2019. El Escenario 3 se llevó a cabo para investigar el efecto de los cambios en la cobertura terrestre/uso de la tierra, incluida la pérdida de humedales y el aumento del nivel del mar, en los daños causados ​​por inundaciones por marejadas ciclónicas.

En el escenario (3), el modelo de marejada ciclónica para el huracán Ike se modificó en términos de cobertura de humedales (valor n del coeficiente de fricción de Manning) a partir de los datos de cobertura terrestre de 2019 y se ejecutó durante el período comprendido entre el 31 de agosto de 2019 y el 18 de septiembre de 2019. Aquí , el aumento del nivel del mar se consideró sumando el valor promedio de SLR de la cantidad de estaciones de mareas (0,0582 m durante 11 años) al nivel inicial del agua, además del aumento en el nivel del agua debido a las fluctuaciones estacionales promedio en septiembre de 2019 de 0,125 m. Estos valores se calcularon con base en la tendencia del nivel del mar de los mareógrafos en el Golfo de México dentro de 11 años (de 2008 a 2019).

Para cada escenario, se produjeron mapas espacialmente explícitos de la extensión máxima de las inundaciones considerando los niveles totales de agua del modelo Delft-3D que están por encima del MSL y restando la elevación de la topografía subyacente. Se consideró un umbral mínimo de inundación máxima de 0,1 m para mapear las áreas inundadas58.

Los resultados del modelo espacialmente explícitos de la extensión y la altura de las inundaciones para cada escenario se integraron con los datos disponibles públicamente sobre el tipo y el valor de la propiedad para evaluar el valor económico de los daños causados ​​por las marejadas ciclónicas en cada escenario. Hicimos esto en cinco pasos utilizando las alturas de inundación modeladas y los datos socioeconómicos disponibles públicamente: (1) determinar las alturas máximas de inundación; (2) determinar el uso de la tierra y el tipo de propiedad; (3) determinar el valor total de la propiedad; (4) determinar la población; (5) asignar el valor de la propiedad a las funciones de daño de profundidad que relacionan las alturas de inundación con la extensión esperada del daño estructural59. Debido a la variación en las resoluciones espaciales entre los conjuntos de datos de inundación, valor de propiedad y tipo de propiedad, todos los análisis económicos se realizaron en hexágonos de tamaño uniforme con un lado de 86 m y un área de 11,320 m2, con estas dimensiones elegidas de manera que cada hexágono contenga entre dos y cuatro puntos de datos de altura de inundación. Todos los montos en dólares se convirtieron a valores de US$ 2019.

Primero, la altura de inundación para cada hexágono se estimó como el promedio de los valores puntuales de altura de inundación dentro del límite del hexágono. Luego, se determinaron el uso de la tierra y el tipo de propiedad en las regiones inundadas para los años 2019 y 2008. Los datos de uso de la tierra para 2019 se obtuvieron de los conjuntos de datos del Consejo del Área de Houston-Galveston para todas las áreas que se cruzan con extensiones inundadas del modelo. A partir de estos conjuntos de datos, clasificamos el uso de la tierra de 2019 dentro de la llanura aluvial en seis categorías: Residencial, Comercial, Industrial, Agrícola, Infraestructura y Sin desarrollar (consulte la Sección SI 4, Figura complementaria S8). Estas categorías de uso de la tierra se usaron para mapear las profundidades de las inundaciones y la extensión de los daños dentro de cada hexágono. A cada hexágono se le asignó una cobertura y un uso del suelo de acuerdo con la categoría que tiene el área más grande dentro del hexágono.

Dado que no hay información disponible públicamente sobre el uso del suelo en la región para 2008, los datos de cobertura del suelo para 2019 y 2008 se usaron para examinar los cambios temporales en la cobertura del suelo y luego para predecir una categoría de uso del suelo para 2008 para cada hexágono. . Primero, los datos de cobertura terrestre del USGS para ambos años se reclasificaron en tres categorías: (1) desarrollado, (2) tierras agrícolas, (3) no desarrollado. Si la cobertura del suelo se mantuvo igual entre 2008 y 2019, asumimos que el uso del suelo en 2008 fue el mismo que en 2019. Para todas las áreas donde la cobertura del suelo había cambiado entre 2008 y 2019, asignamos categorías de uso del suelo en función de la Datos de cobertura terrestre de 2008 (ver Sección SI 4). Encontramos que 18,615 hexágonos, es decir, ~7%, experimentaron un cambio en la cobertura del suelo entre 2008 y 2019, de un total de 264,995 hexágonos. Todos los cambios en la cobertura del suelo entre 2008 y 2019 representaron un aumento en el desarrollo (es decir, cambio de no desarrollado a desarrollado, o de tierras de cultivo a desarrollado), con la excepción de 14 hexágonos, que ignoramos.

Una vez que se determinaron el uso de la tierra y el tipo de propiedad, el siguiente paso fue obtener el valor total de la propiedad. Se recopilaron datos de impuestos de tasación de la propiedad de cada condado, que incluyen el valor de la parcela y el valor de mejora de una propiedad determinada. El valor de la tierra aquí se refiere al valor de la parcela vacante. El valor de mejora se refiere al valor del edificio y otras estructuras adicionales, calculado como la diferencia entre el precio total del mercado inmobiliario y el valor del suelo. Para la agregación con las unidades hexagonales de análisis, los valores de terreno y mejora en cada parcela se convirtieron primero a valores por metro cuadrado. Luego, se utilizó la función 'Unión' en ArcGIS Pro para obtener la proporción (área) de cada parcela dentro de un hexágono determinado. En base a esto, los valores de terreno y mejora para cada hexágono se estimaron como la suma lineal ponderada por área de todas las clasificaciones de uso de terreno dentro de cada hexágono (Figura complementaria S7). Luego se determinó el valor final de la propiedad para cada hexágono en función del uso del suelo. Para todos los tipos de uso de suelo con estructuras, el valor total de la propiedad se fijó igual al valor de mejora. Se supuso que las estructuras en terrenos no urbanizados, como parques, eran infraestructura (es decir, edificios de uso público, etc.) y las estructuras en terrenos agrícolas se suponía que eran residenciales (es decir, viviendas). De los 165.492 hexágonos, 40.539 no tienen valor de propiedad. El valor total de propiedad de todos los hexágonos dentro del dominio de estudio es de $28,74 mil millones para 2008 y $40,8 mil millones para 2019 (ambos en dólares estadounidenses de 2019). Para los hexágonos de uso de suelo agrícola, donde los daños por inundaciones afectan predominantemente al suelo mismo, el valor total de la propiedad se fijó igual a la suma del valor del suelo y el valor de mejora. El valor de la tierra agrícola se estimó por acre en función de la mediana de todos los valores de tierra agrícola disponibles de los datos fiscales de 2019 en un condado determinado (consulte la Sección SI 4), multiplicado por la superficie total de tierra agrícola en el hexágono dado (Figura complementaria S9) .

El cálculo de los valores económicos de 2008 también tuvo en cuenta los cambios en los valores medios de bienes raíces entre 2008 y 2019. Debido a la falta de datos de impuestos de tasación de propiedades disponibles públicamente en 2008, se usaron los cambios en el desarrollo entre 2008 y 2019 para determinar los índices de desarrollo para estimar la propiedad de 2008. (Sección SI 4; Fig. S11). Se examinaron los cambios en el desarrollo de todos los hexágonos entre 2008 y 2019. Para todos los hexágonos, si hubo un cambio en el desarrollo de un hexágono en particular, el valor de mejora de 2019 se ajustó por la proporción del cambio de desarrollo para obtener el valor de mejora de 2008. Para todos los hexágonos agrícolas, el valor medio de la tierra agrícola por acre de 2019 se aplicó a la superficie total de tierras agrícolas en cada hexágono. Luego, se aplicaron las proporciones del precio de la vivienda regional y los valores de la tierra rural entre 2008 y 2019 a todas las mejoras y los valores de la tierra de 2008 para capturar los cambios en el valor inmobiliario entre 2008 y 2019.

La población de cada hexágono se determinó utilizando datos de los conjuntos de datos de redistribución de distritos del censo de 2010 y del censo de 2020 en el nivel geográfico del bloque censal (censo de EE. UU.). Al igual que los datos de valor de propiedad, los datos de población se calcularon por metro cuadrado y luego se volvieron a unir con cada hexágono para obtener la población por hexágono. Asumimos que la cobertura terrestre y la población no cambian durante los cortos períodos de tiempo entre 2008-2010 y 2019-2020.

Luego se estimaron los daños causados ​​por la marejada ciclónica a las propiedades integrando las alturas máximas de inundación con el valor total de la propiedad para todos los hexágonos. Para cada hexágono, aplicamos funciones de daños por profundidad que estiman la proporción de daños por inundación en función de la altura promedio de la inundación, el tipo de propiedad dominante y el valor total de la propiedad asociada con ese hexágono. Utilizamos las funciones de daños en profundidad descritas en Huizinga et al.59 con un análisis de ajuste de regresión para convertir los datos de daños en profundidad agrupados en Huizinga et al.59 en una función continua aplicable a cualquier profundidad de inundación (Figura complementaria S12). Además, contamos la cantidad de personas inundadas dentro de cada hexágono como la población dentro de los hexágonos donde la profundidad promedio de inundación es mayor a 0,1 m. Por lo tanto, los valores espacialmente explícitos para el daño económico y las personas inundadas se obtuvieron con base en el daño de las profundidades máximas de inundación para todos los escenarios de marejadas ciclónicas. Todos los montos en dólares se convirtieron a dólares de 2019.

Finalmente, a partir de las estimaciones de daños, calculamos los beneficios de los humedales como la diferencia entre la Línea de base de 2008 y los daños de No humedales de 2008. El efecto decenal combinado del desarrollo urbano, es decir, el cambio en el tipo y el valor del uso de la tierra, y el cambio en los humedales se calcularon como la diferencia entre el escenario "Hora actual. Huracán Ike" de 2019 y el escenario de referencia de 2008. Para el análisis decenal, estimamos dos valores de daños, uno que representa el aumento en los valores medios de bienes raíces entre 2008 y 2019, y otro que no considera este cambio. La mediana de los valores inmobiliarios de ambos años se obtuvo a partir de datos públicos sobre la mediana de los precios de las viviendas y las tierras rurales60.

Los scripts de MATLAB para preparar los datos de entrada para la simulación del modelo y analizar los resultados estarán disponibles en línea en GitHub (https://github.com/Zaidrahman85/Storm_Surge_Analysis_Code) y Zenodo (https://zenodo.org/record/7631246# .ZBM5o3bMK3A).

Weinkle, J. et al. Daños normalizados por huracanes en los Estados Unidos continentales 1900–2017. Nat. Sostener. 1, 808–813 (2018).

Artículo Google Académico

Czajkowski, J., Simmons, K. y Sutter, D. Un análisis de las muertes en la costa y tierra adentro por los huracanes que tocan tierra en los EE. UU. Nat. Peligros 59, 1513-1531 (2011).

Artículo Google Académico

Nicholls, RJ et al. Ranking de ciudades portuarias con alta exposición y vulnerabilidad a los extremos climáticos: Estimaciones de exposición. Medio Ambiente de la OCDE. Trabajar. Papilla. https://doi.org/10.1787/011766488208 (2008).

Artículo Google Académico

Ezer, T. Sobre la interacción entre un huracán, la Corriente del Golfo y el nivel del mar costero. Océano Dyn. 68, 1259–1272 (2018).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Melton, G., Gall, M., Mitchell, JT & Cutter, SL Delineación de la marejada ciclónica del huracán Katrina: implicaciones para futuros pronósticos y advertencias de marejada ciclónica. Nat. Peligros 54, 519–536 (2010).

Artículo Google Académico

Rego, JL & Chunyan, L. Propagación de marejadas ciclónicas en la Bahía de Galveston durante el huracán Ike. Sistema J. Mar. 82, 265–279 (2010).

Artículo Google Académico

Blake, ES, Kimberlain, TB, Berg, RJ, Cangialosi, JP y Beven, JL II. Informe de ciclón tropical: Huracán Sandy. nacional Hurra. Centavo. 12, 1–10 (2013).

Google Académico

Servicio Nacional de Información y Datos Satelitales Ambientales de la NOAA. El camino de la destrucción del huracán Ian. https://www.nesdis.noaa.gov/news/hurricane-ians-path-of-destruction (2022).

Reed, D., Wang, Y., Meselhe, E. & White, E. Modelado de transiciones y pérdidas de humedales en la costa de Luisiana bajo escenarios de aumento relativo futuro del nivel del mar. Geomorfología 352, 106991 (2020).

Artículo Google Académico

Tornqvist, TE, Cahoon, DR, Morris, JT & Day, JW Resiliencia de los humedales costeros, aumento acelerado del nivel del mar y la importancia de la escala de tiempo. AGU Adv. 2, e2020AV000334. https://doi.org/10.1029/2020AV000334 (2021).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Dinan, T. Aumentos proyectados en daños por huracanes en los Estados Unidos: el papel del cambio climático y el desarrollo costero. Ecol. economía 138, 186–198 (2017).

Artículo Google Académico

Hauer, ME, Evans, JM & Mishra, DR Millones proyectados en riesgo por el aumento del nivel del mar en los Estados Unidos continentales. Nat. Clima Cambio 6, 691–695 (2016).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Vousdoukas, MI y col. Controles climáticos y socioeconómicos del riesgo futuro de inundaciones costeras en Europa. Nat. Clima Cambio 8, 776–780 (2018).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

O'Neill, AC et al. Inundaciones costeras proyectadas para el siglo XXI en la ensenada del sur de California. Parte 1: Desarrollo del modelo CoSMoS de tercera generación. J. Mar. Sci. Ing. 6, 59 (2018).

Artículo Google Académico

Seto, KC, Fragkias, M., Güneralp, B. & Reilly, MK Un metanálisis de la expansión global del suelo urbano. PloS One 6, e23777. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023777 (2011).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fairchild, TP et al. Los humedales costeros mitigan las inundaciones por tormentas y los costos asociados en los estuarios. Reinar. Res. Letón. 16, 074034 (2021).

Artículo ADS MathSciNet Google Scholar

Barbier, EB Valoración de los servicios ecosistémicos para la protección y restauración de humedales costeros: avances y desafíos. Recursos 2, 213–230 (2013).

Artículo Google Académico

Hu, K., Chen, Q. y Wang, H. Un estudio numérico del impacto de la vegetación en la reducción de las marejadas ciclónicas de los humedales en un estuario semicerrado. Costa. Ing. 95, 66–76 (2015).

Artículo Google Académico

Sheng, YP & Zou, R. Evaluación del papel de los manglares en la reducción de las inundaciones costeras durante los grandes huracanes. Hidrobiología 803, 87–103 (2017).

Artículo Google Académico

Narayan, S. et al. El valor de los humedales costeros para la reducción de daños por inundaciones en el noreste de los Estados Unidos. ciencia Rep. 7, 1–12. https://doi.org/10.1038/s41598-017-09269-z (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Krauss, KW y col. Observaciones del nivel del agua en manglares durante dos huracanes en Florida. Humedales 29, 142–149 (2009).

Artículo Google Académico

Shepard, CC, Crain, CM y Beck, MW La función protectora de las marismas costeras: una revisión sistemática y un metanálisis. PloS One 6, e27374. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0027374 (2011).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sheng, YP, Rivera-Nieves, AA, Zou, R. y Paramygin, VA El papel de los humedales en la reducción de la pérdida estructural depende en gran medida de las características de las tormentas y de las condiciones de las estructuras y los humedales locales. ciencia Rep. 11, 1–14. https://doi.org/10.1038/s41598-021-84701-z (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Highfield, WE, Brody, SD y Shepard, C. Los efectos de los humedales estuarinos en las pérdidas por inundaciones asociadas con las marejadas ciclónicas. Costa del Océano. Administrar 157, 50–55 (2018).

Artículo Google Académico

Liu, AJ & Cameron, GN Análisis de patrones de paisaje en humedales costeros de la Bahía de Galveston, Texas (EE.UU.). Landsc. Ecol. 16, 581–595 (2001).

Artículo Google Académico

Pulich, WM & White, WA Disminución de la vegetación sumergida en el sistema de la Bahía de Galveston: Cronología y relaciones con los procesos físicos. Costa J. Res. 7, 1125–1138 (1991).

Google Académico

Lester, J., Gonzalez, LA, Sage, T. & Gallaway, A. El Estado de la Bahía: Una Caracterización del Ecosistema de la Bahía de Galveston 2da ed. (Programa del Estuario de la Bahía de Galveston, 2002).

Google Académico

Guannel, G. et al. Cambios en la prestación de servicios ecosistémicos en la Bahía de Galveston, TX, bajo un escenario de aumento del nivel del mar. https://naturalcapitalproject.stanford.edu/sites/g/files/sbiybj9321/f/publications/ecosystem_service_value_galveston_bay_under_sea_level_rise_scenario.pdf (2014).

Brody, SD, Highfield, WE & Blessing, R. Un análisis de los efectos del uso de la tierra y la cobertura de la tierra en las pérdidas por inundaciones a lo largo de la costa del Golfo de México de 1999 a 2009. J. Am. Recurso de agua. Asoc. 51, 1556-1567 (2015).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Dotson, MM Environmental Impacts of Sea Level Rise in the Galveston Bay, Texas Region (tesis doctoral) (2016).

Blake, ES & Gibney, EJ Memorando técnico de la NOAA NWS NHC-6: Los ciclones tropicales más mortíferos, costosos e intensos de los Estados Unidos desde 1851 hasta 2010 (y otros datos sobre huracanes solicitados con frecuencia). Centro Nacional de Huracanes. https://www.nhc.noaa.gov/pdf/nws-nhc-6.pdf (2011).

Berg, R., 2009. Informe de ciclones tropicales: Huracán Ike (al092008). Centro Nacional de Huracanes. https://www.nhc.noaa.gov/data/tcr/AL092008_Ike.pdf (2008).

Huang, SK, Lindell, MK, Prater, CS, Wu, HC y Siebeneck, LK Toma de decisiones de evacuación de hogares en respuesta al huracán Ike. Nat. Peligros Rev. 13, 283–296 (2012).

Artículo Google Académico

Zane, DF et al. Seguimiento de muertes relacionadas con el huracán Ike, Texas, 2008. Disaster Med. Preparación de Salud Pública. 5, 23–28 (2011).

Artículo PubMed Google Académico

Colley, J. y DeBlasio Sr, SM,. Informe de impacto del huracán Ike. Oficina del Gobernador de Seguridad Nacional, Tech. Rep. https://www.fema.gov/pdf/hazard/hurricane/2008/ike/impact_report.pdf (2008).

Servicio de Extensión de Ingeniería de Texas (2011) Informe de impacto del huracán Ike. http://tamug-ir.tdl.org/handle/1969.3/29201 (Consultado el 4 de diciembre de 2015).

Álvarez, EC y Plocheck, R. Texas Almanac 2012–2013 (Texas A&M University Press, 2011).

Google Académico

Oficina del Inspector General de la EPA de EE.UU. Humedales: Implementación y manejo de la EPA del Programa de Humedales de la Sección 404 (No. ElhWEO-04–0291–1100434) (1991)

Galveston.com y compañía. La Fundación de la Bahía de Galveston adquiere más de 4700 acres de hábitat costero en los condados de Brazoria y Galveston - Galveston, TX. https://www.galveston.com/galveston-bay-foundation-aquires-4700-acres-coastal-habitat/ (2021).

Beck, MW et al. Retorno de la inversión para la protección contra inundaciones de manglares y arrecifes. ecosistema serv. 56, 101440 (2022).

Artículo Google Académico

Sun, F. & Carson, RT Los humedales costeros reducen los daños a la propiedad durante los ciclones tropicales. proc. nacional Academia ciencia 117, 5719–5725 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Narayan S. et al. El efecto físico y económico de los manglares en las pérdidas de propiedad por marejadas ciclónicas en Florida (2022)

Puentes, TS et al. Características costeras naturales y basadas en la naturaleza: Directrices internacionales para la gestión del riesgo de inundaciones. Frente. Entorno Construido. 8, 904483 (2022).

Artículo Google Académico

Departamento de Planificación y Desarrollo Comunitario de la Ciudad de Galveston. Preparado por HDR Engineering Inc. Para la ciudad de Galveston, Texas. Plan integral de la ciudad de Galveston (2011)

FEMA. Directrices y estándares para el análisis y mapeo del riesgo de inundación. https://www.fema.gov/sites/default/files/2020-02/Appeal_Comment_Processing_Guidance_Feb_2019.pdf (2019).

Wilson, MT & Kousky, C. El largo camino hacia la adopción: ¿cuánto tiempo lleva adoptar mapas actualizados de tasas de seguro contra inundaciones a nivel de condado?. Risk Hazards Crisis Public Policy 10, 403–421 (2019).

Artículo Google Académico

Heidarzadeh, M., Teeuw, R., Day, S. y Solana, C. Aumento de las olas de tormenta y variaciones del nivel del mar para el huracán María de septiembre de 2017 a lo largo de la costa de Dominica, mar Caribe oriental: evidencia de estudios de campo y nivel del mar análisis de los datos. Costa. Ing. J. 60, 371–384 (2018).

Artículo Google Académico

van Wesenbeeck, BK y col. Atenuación de olas a través de bosques bajo condiciones extremas. ciencia Rep. 12, 1–8. https://doi.org/10.1038/s41598-022-05753-3 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Orton, PM y col. Somerización de cauces como mitigación de inundaciones costeras. J. Mar. Sci. Ing. 3, 654–673 (2015).

Artículo Google Académico

Stagg, CL et al. Cuantificación de los controles hidrológicos sobre indicadores a escala local y de paisaje de la pérdida de humedales costeros. Ana. Bot. 125, 365–376 (2020).

Académico de Google de PubMed

Childers, DL & Day, JW La dilución y pérdida de la función de los humedales asociada con la conversión a aguas abiertas. Húmedo Ecol. Administrar 1, 163–171 (1991).

Artículo Google Académico

Kumbier, K., Hughes, MG, Carvalho, RC y Woodroffe, CD La geomorfología de los humedales intermareales influye en la hidrodinámica del canal principal en un estuario de barrera maduro. Estuar. Costa. Estante de ciencia. 267, 107783 (2022).

Artículo Google Académico

Fucile-Sanchez, E. & Davlasheridze, M. Ajustes de poblaciones socialmente vulnerables en el condado de Galveston, Texas, EE. UU. después del huracán Ike. Sostenibilidad 12, 7097 (2020).

Artículo Google Académico

Rice, H. Galveston tratando de revertir la pérdida de población de la isla. cron.com. https://www.chron.com/news/houston-texas/article/Galveston-trying-to-reverse-island-s-population-1688954.php (2011).

Veeramony, J., Condon, A. & van Ormondt, M. Pronóstico de marejadas ciclónicas e inundaciones: validación del modelo. Pronóstico del tiempo. 32, 2045–2063 (2017).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Mattocks, C. & Forbes, C. Un sistema de pronóstico de marejadas ciclónicas en tiempo real activado por eventos para el estado de Carolina del Norte. modelo oceánico. 25, 95–119 (2008).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Kim, JY Erosión de humedales en la Bahía de Galveston por las olas del océano. (Tesis de doctorado) (2021).

Moftakhari, HR et al. ¿Qué son las inundaciones molestas? Definición y seguimiento de un reto emergente. Recurso de agua. Res. 54, 4218–4227 (2018).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Huizinga, J., De Moel, H. & Szewczyk, W. Funciones globales de daño por profundidad de inundación: Metodología y base de datos con lineamientos (No. JRC105688). Centro Común de Investigación (sede Sevilla) (2017).

Centro de Investigación de Bienes Raíces de Texas, Universidad de Texas A&M. Precios de la tierra rural para Houston (LMA 28). https://www.recenter.tamu.edu/data/rural-land/#!/state/Texas/lma/Houston_(LMA_28) (2021).

Descargar referencias

Los autores agradecen a los revisores anónimos y al editor por sus comentarios completos y constructivos que ayudaron en gran medida a fortalecer este manuscrito. El financiamiento para este trabajo se proporcionó bajo el premio #NA18OAR4170088 de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, Departamento de Comercio de EE. UU. al programa Texas Sea Grant (2018SP-R-Figlus-CNH1), a los IP Dr. Jens Figlus y Dr. Siddharth Narayan. Las declaraciones, hallazgos, conclusiones y recomendaciones pertenecen a los autores y no reflejan necesariamente los puntos de vista del Programa Sea Grant de Texas, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica o el Departamento de Comercio y los Programas Costeros Integrados de ECU.

Departamento de Estudios Costeros, Programas Costeros Integrados, Universidad de Carolina del Este, Greenville, NC, EE. UU.

Zaid Al-Attabi y Siddharth Narayan

Departamento de Ciencias Marinas, Centro de Ciencias Marinas, Universidad de Basora, Basora, Iraq

Zaid Al Attabi

Programa Integrado de Doctorado en Ciencias Costeras, Universidad de Carolina del Este, Greenville, NC, EE. UU.

Yicheng Xu y Georgette Tso

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

ZA propuso los objetivos del estudio, configuró y condujo las simulaciones del modelo y las funciones de daño por inundación y analizó los resultados del modelo de inundación. YX realizó el mapeo de inundaciones y los análisis espaciales de la cobertura del suelo y el cambio de uso del suelo y los daños por inundaciones. GT contribuyó a enmarcar los objetivos de la investigación y escribir el manuscrito. SN diseñó el estudio, propuso los objetivos del estudio, supervisó la configuración y simulación del modelo, el desarrollo de las funciones de daños por inundación y los análisis espaciales, y contribuyó al análisis de los resultados. Todos los autores contribuyeron a la redacción del texto del manuscrito.

Correspondencia a Siddharth Narayan.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Al-Attabi, Z., Xu, Y., Tso, G. et al. Los impactos de la pérdida de humedales causados ​​por las mareas y el desarrollo costero en los daños causados ​​por las marejadas ciclónicas a personas y propiedades: un estudio de caso del huracán Ike. Informe científico 13, 4620 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31409-x

Descargar cita

Recibido: 18 Agosto 2022

Aceptado: 11 de marzo de 2023

Publicado: 21 de marzo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31409-x

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.