Extreme Waves and Wave Run-up in Halifax Harbour under Climate Change Scenarios |
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| Authors: | Fumin Xu William Perrie |
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| Institution: | 1. Key Laboratory of Coastal Disaster and Defence, Ministry of Education , College of Harbour, Coastal and Offshore Engineering, Hohai University , P. R. China;2. Fisheries and Oceans Canada , Bedford Institute of Oceanography , Dartmouth , Nova Scotia , Canada xfm67@hotmail.com;4. Fisheries and Oceans Canada , Bedford Institute of Oceanography , Dartmouth , Nova Scotia , Canada |
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| Abstract: | The tendency for rising sea levels, combined with changes in the frequency and intensity of extreme storm events raises the potential for flooding and inundation of coastal locations such as Halifax Harbour, in the context of climate change. In this study, we consider three scenarios for extreme high water levels based on climate change scenarios and estimates for land subsidence, rising mean sea levels, and return period analysis for extreme events (from previous studies). We also investigate the effect of ocean waves on these estimates for extreme high water levels. Because the most damaging storm to make landfall in Nova Scotia over the last century was Hurricane Juan (2003), it was chosen to simulate the extreme case of storm-generated waves and wave run-up in Halifax Harbour. To simulate waves generated by Hurricane Juan, a nested-grid system consisting of two modern state-of-the-art operational wave models was used. High quality winds were used to drive the wave models, and the simulations used recently updated high resolution coastal bathymetry. Observed water elevation changes in Halifax Harbour were used in wave model simulations of Hurricane Juan. The Federal Emergency Management Agency's (FEMA) run-up model is used to estimate wave run-up elevation, which is validated with recorded high water observations along the coastline. Simulated waves and wave run-up elevations for Hurricane Juan suggest that the maximum significant wave heights at the mouth of the Harbour were 9.0 m, and the wave run-up was as high as 2.0 m along the shoreline of Halifax Harbour. In this way, we estimated the impact of waves and wave run-up on extreme high water elevations for three climate change scenarios in Halifax Harbour, under worst-case conditions. The sensitivity of these estimates is analyzed for different water level variations, wave propagation directions and shore slope profiles. Traduit par la rédaction] La tendance à la hausse du niveau de la mer de pair avec les changements dans la fréquence et l'intensité des événements de tempêtes extrêmes augmentent le risque d'inondation et de submersion à des emplacements côtiers comme le port d'Halifax dans le contexte du changement climatique. Dans cette étude, nous examinons trois scénarios de niveaux de hautes eaux extrêmes basés sur des scénarios de changement climatique et estimations de subsidence du terrain, l’élévation du niveau moyen de la mer ainsi que l'analyse de la période de retour d’événements extrêmes (faite lors d’études antérieures). Nous examinons aussi les effets des vagues de l'océan sur ces estimations de niveaux de hautes eaux extrêmes. Étant donné que la tempête la plus dévastatrice à avoir touché terre en Nouvelle–Écosse au cours du dernier siècle a été l'ouragan Juan (2003), c'est celle-ci que nous avons choisie pour simuler le cas extrême de vagues produites par une tempête et de remontée de vagues dans le port d'Halifax. Pour simuler les vagues produites par Juan, nous nous sommes servis d'un système à grilles imbriquées consistant en deux modèles de vagues opérationnels à la fine pointe de la technologie. Les modèles de vagues étaient pilotés par des données de vent de haute qualité et les simulations disposaient d'une bathymétrie côtière à haute résolution récemment mise à jour. Les changements observés d’élévation de l'eau dans le port d'Halifax ont été utilisés dans les simulations de l'ouragan Juan par les modèles de vagues. Nous utilisons le modèle de remontée des vagues de la Federal Emergency Management Agency (FEMA) pour estimer la hauteur des remontées, qui est validée par rapport aux observations de hautes eaux enregistrées le long de la côte. Les vagues et les hauteurs de remontée des vagues simulées pour l'ouragan Juan suggèrent que la hauteur significative maximale des vagues à l'entrée du port était de 9,0 m et la remontée des vagues atteignait 2,0 m le long de la côte du port d'Halifax. Nous avons de cette manière estimé l'impact des vagues et de la remontée des vagues sur l’élévation des hautes eaux extrêmes pour trois scénarios de changement climatique dans le port d'Halifax dans les conditions les plus défavorables. Nous analysons la sensibilité de ces estimations à divers changements de niveau d'eau, directions de propagation et profils de pente côtière. |
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| Keywords: | Halifax Harbour climate change scenarios Hurricane Juan high water level storm-generated ocean waves extreme waves wave run-up |
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