[论文解读] Hurricane-blackout-heatwave Compound Hazard Risk and Resilience in a Changing Climate

Kairui Feng, Min Ouyang+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 8, 2020

Tropical and Extratropical Cyclones Research参考文献 42被引用 6

一句话总结

本研究利用综合灾害预测与停电建模方法，探究在气候变化背景下德克萨斯州 Harris County 哈里斯县飓风引发停电与极端热浪的复合风险。在 RCP8.5 情景下，到 2100 年，客户经历至少一次持续 5 天以上的停电概率将从 14% 上升至 44%，而停电-热浪暴露率则从 0.8% 上升至 15.5%，凸显了迫切需要通过有针对性的基础设施升级来加强气候减缓和电网韧性建设。

ABSTRACT

Hurricanes have caused power outages and blackouts, affecting millions of customers and inducing severe social and economic impacts. The impacts of hurricane-caused blackouts may worsen due to increased heat extremes and possibly increased hurricanes under climate change. We apply hurricane and heatwave projections with power outage and recovery process analysis to investigate how the emerging hurricane-blackout-heatwave compound hazard may vary in a changing climate, for Harris County in Texas (including major part of Houston City) as an example. We find that, under the high-emissions scenario RCP8.5, the expected percent of customers experiencing at least one longer-than-5-day hurricane-induced power outage in a 20-year period would increase significantly from 14% at the end of the 20th century to 44% at the end of the 21st century in Harris County. The expected percent of customers who may experience at least one longer-than-5-day heatwave without power (to provide air conditioning) would increase alarmingly, from 0.8% to 15.5%. These increases of risk may be largely avoided if the climate is well controlled under the stringent mitigation scenario RCP2.6. We also reveal that a moderate enhancement of critical sectors of the distribution network can significantly improve the resilience of the entire power grid and mitigate the risk of the future compound hazard. Together these findings suggest that, in addition to climate mitigation, climate adaptation actions are urgently needed to improve the resilience of coastal power systems.

研究动机与目标

• 评估在气候变化背景下，美国主要城市地区飓风、停电与热浪复合灾害风险的演变。
• 量化气候变化可能如何加剧停电频率与持续时间及其相关的热暴露风险。
• 评估基础设施改进在提升配电系统应对复合灾害韧性方面的有效性。
• 比较高排放（RCP8.5）与严格减缓（RCP2.6）气候情景下的结果。

提出的方法

• 整合德克萨斯州 Harris County 的区域飓风预测与热浪气候预测。
• 使用停电与恢复模型，模拟飓风登陆后客户层面的停电持续时间。
• 应用统计与概率建模方法，估算经历长期停电的客户预期占比。
• 评估对关键配电网络组件进行适度升级对停电韧性的影响。
• 比较两种气候情景下的风险结果：RCP8.5（高排放）与 RCP2.6（严格减缓）。
• 采用 20 年模拟周期，估算不同气候未来下复合灾害的累积暴露水平。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 RCP8.5 情景下，到 21 世纪末，Harris County 客户经历持续至少 5 天的飓风引发停电的概率将如何变化？
• RQ2 由于复合飓风-停电-热浪事件的影响，无电可用（无法制冷）的极端热浪暴露客户数量将增加到何种程度？
• RQ3 对关键配电网络组件进行适度改进，能否显著降低复合灾害暴露风险？
• RQ4 高排放与低排放气候情景下，复合停电与热浪风险有何差异？
• RQ5 在气候变化背景下，城市人口的复合灾害暴露预期将增加多少？哪些适应策略最为有效？

主要发现

• 在 RCP8.5 情景下，20 年期间客户经历至少一次持续 5 天以上的飓风引发停电的预期比例，将从 20 世纪末的 14% 上升至 21 世纪末的 44%。
• 在 RCP8.5 情景下，客户经历至少一次持续超过 5 天的无电可用（无法使用空调）热浪的预期比例，将从 0.8% 上升至 15.5%。
• 在 RCP2.6 减缓情景下，这种停电-热浪暴露的大幅增加可被有效避免，表明气候政策对复合灾害风险具有显著影响。
• 对配电网络中关键组件进行适度增强，可显著提升整体电网韧性并降低长期停电风险。
• 研究结果强调，气候减缓与有针对性的适应性投资均对降低沿海城市地区未来复合灾害风险至关重要。