Storm surge changes along the coast of Mozambique for future climate scenarios

Abstract

Moçambique é afetado por ciclones tropicais que se formam na bacia do Oceano Índico. Cerca de dois terços da população total de Moçambique vive ao longo da costa que se estende por 2700 km e que cuja região, com altitude inferior a 50 m, ocupa várias dezenas de quilómetros em direção ao interior. O aumento do nível médio do mar e um aumento provável da intensidade e/ou frequência de ciclones tropicais, associados a alterações climáticas de origem antropogénica, podem aumentar o risco de cheias ao longo da costa.Neste estudo, estamos principalmente preocupados com a estimativa de alterações das propriedades da sobrelevação do nível do mar ao longo da costa de Moçambique, sob o cenário de mudança do clima RCP8.5. Para atingir tal objetivo, aplicamos um modelo analítico a dados observados de ventos e pressão atmosférica, para estimar a maré meteorológica e a sobrelevação do nível do mar na região. O modelo analítico é validado por comparação dos seus resultados com dados semelhantes obtidos por marégrafos em alguns locais na costa. De seguida, é usado um conjunto de simulações climáticas realizadas pelo modelo climático MPI-ESM-LR. Dados de pressão atmosférica e ventos simulados foram usados no modelo analítico e séries temporais da maré atmosférica foram produzidas para sete locais ao longo da costa. As propriedades estatísticas destas séries e as sobrelevações do nível do mar associadas foram comparadas com aqueles obtidos usando o mesmo modelo analítico e dados meteorológicos observados. Isto foi feito para o período histórico de 1986-2005. Após uma validação com sucesso de ambos os modelos, o analítico e o climático, o modelo analítico foi utilizado com dados meteorológicos simulados pelo MPI-ESM-LR para o cenário RCP8.5, para três períodos distintos nomeadamente, futuros próximo (2016-2035), médio (2046-2065) e distante (2081-2100). As propriedades da sobrelevação do nível do mar para estes períodos foram comparadas com aqueles relativos ao período histórico. Os resultados sugerem um aumento da intensidade da sobrelevação do nível do mar ao longo de toda costa de Moçambique sobretudo devido aos aumento da intensidade dos ciclones tropicais. Com a subida do nível medio do mar, espera-se que aumente a altura do qual o STS inicia a sua propagação. O nivel do mar calculado (STS+TC+SLR) para o período historico, futuro proximo, medio e longo são iguais a 0.93 m, 1.19 m, 1.42 m e 1.74 m respectivamente. Esta metodologia é útil porque se recorre a um modelo analítico simples e dados meteorológicos na ausência frequente de dados de nível do mar registados por marégrafos. Permite também a estimativa de alterações futuras de sobrelevação do nível do mar com recurso a variáveis meteorológicas simuladas por modelos climáticos, facilmente disponíveis, em vez de recorrer a modelos físicos ao cálculo da sobrelevação do nível do mar.

Mozambique is affected by tropical cyclones which are formed in the Indian Ocean basin. About two-thirds of total population of Mozambique lives along the coast which has 2700 km long and low lying areas (below 50 m height) extend several tens of kilometers inland. Sea level rise and the eventual increase of the intensity and/or frequency of tropical cyclones expected to occur in the future, associated with anthropogenic climate change may increase the risk of coastal flooding. Here, we are mainly concerned with the estimation of changes of storm surge properties along the coast of Mozambique under the RCP8.5 climate change scenario. To achieve this we applied an analytical model which uses observed winds and atmospheric pressure near the surface data to estimate the meteorological tide and storm surges in the region. This model is validated against atmospheric tides obtained from sea level measured by tide gauge observations at some locations along the coast. Next, we used a set of climate simulations performed by the MPI-ESM-LR earth systems model. Simulated winds and atmospheric pressure data were used with the analytical model and atmospheric tide time series were constructed for seven locations along the coast. The statistical properties of these series and the associated storm surges were compared with those obtained by using the same analytical model and meteorological observed data. This was done for the 1986-2005 historical period. After a successful validation of both the analytical and the climate model, the analytical model was used with meteorological data simulated by the MPI-ESM-LR for the RCP8.5 scenario for three distinct periods, namely, near-term (2016-2035), medium-term (2046-2065) and long-term (2081-2100). The storm surge properties for these periods were compared to those from the historical period. The results suggest an enhancement of storm surge intensity along the whole coast of Mozambique mainly due to an increase of tropical cyclone intensity. The SLR will add the point by which the STS starts its propagation. The calculated SL (STS+ TC+SLR) for the historical, near tem, medium and long term are equal to 0.93 m, 1.19 m, 1.42 me 1.74 m respectively. This methodology is very useful since it uses a simple analytical model and meteorological data in the absence of tide gauge records. It can also be used to estimate future storm surge climate changes using meteorological variables easily available rather than using storm surge physical models.