Internationale benchmarkwedstrijd bevestigt dat kustlijnmodellen klaar zijn voor praktische toepassing in kustplanning

Studie onthult effectiviteit van kustlijnvoorspellingsmodellen

Een wereldwijde samenwerking onder leiding van de UNSW heeft aangetoond dat de meeste kustlijnvoorspellingsmodellen effectief zijn in het voorspellen van veranderingen aan natuurlijke, zandstranden met een nauwkeurigheid van ongeveer 10 meter.

De bevindingen, gepubliceerd in Communications Earth & Environment vorige maand, zijn de meest uitgebreide benchmarking van kustlijnvoorspellingsmodellen tot nu toe. Met de veranderende golfklimaten en stijgende zeespiegels gebruiken ingenieurs kustlijnmodellen om te voorspellen hoe kustlijnen zich zullen ontwikkelen—of stranden groeien, krimpen of verschuiven door getijden, stormen of erosie.

Nauwkeurige voorspellingen helpen overheden, planners en gemeenschappen bij het nemen van belangrijke beslissingen over ontwikkeling, risicobeheer en milieubescherming. “Onze resultaten geven aan dat bepaalde stranden bijna net zo goed kunnen worden gemodelleerd als ze op afstand kunnen worden waargenomen,” zegt Dr. Yongjing Mao, hoofdauteur van de studie van het UNSW Water Research Lab aan de School of Civil and Environmental Engineering.

Echter, de onderzoekers benadrukken dat verdere benchmarking nodig is om de prestaties van modellen voor kustlijnen in verstedelijkte gebieden te begrijpen, waar door de mens gemaakte structuren de dynamiek van de kustlijn compliceren—vooral nu de klimaatverandering de gevolgen voor de kust versnelt.

Blind competitie en resultaten

In de studie werden 34 kustlijnmodellen van verschillende modelleurs over de hele wereld geëvalueerd op hun vermogen om de positie van een kustlijn te voorspellen als onderdeel van een blinde competitie, genaamd ShoreShop2.0. De competitie testte hoe goed modellen veranderingen in de kustlijn konden voorspellen over korte (5 jaar) en middellange (50 jaar) tijdsperioden. Het echte strand—Curl Curl in New South Wales—werd geanonimiseerd als “BeachX” om onpartijdige resultaten te waarborgen.

De deelnemers kregen alleen open-source gegevens, waaronder golven, getijden, zeespiegelstijging en 20 jaar aan kustlijnposities afgeleid van openbare satellietbeelden, voor kalibratie. Kustlijngegevens uit andere perioden werden achtergehouden voor evaluatie. De onderzoekers ontdekten dat de best presterende modellen veranderingen in de kustlijn konden voorspellen met een nauwkeurigheid van ongeveer 10 meter voor baai-vormige stranden over zowel korte als middelgrote tijdsschalen—wat overeenkomt met de resolutie van satellietgebaseerde kustlijnwaarnemingen.

“Zoals de meeste stranden in NSW zijn baai-vormige stranden gebogen en worden ze begrensd door koppen die hen beschermen tegen de volle kracht van de oceaan,” zegt Dr. Mao. “Deze dynamische stranden kunnen echter snel evolueren als reactie op milieukrachten die verergerd kunnen worden door veranderende golfklimaten en stijgende zeespiegels.”

“We hebben ontdekt dat de meeste kustlijnmodellen de reactie op stormen zowel op korte als op middellange termijn succesvol vastleggen. De resultaten van deze studie vergroten het vertrouwen dat bestaande modellen ons robuuste voorspellingen kunnen geven van hoe onze kustlijnen zullen veranderen.”

Beperkingen en toekomstige planning

Door de jaren heen zijn deze modellen nauwkeuriger geworden in het simuleren van veranderende dynamiek van de kustlijn door geavanceerde rekenmethoden te integreren met toenemende hoeveelheden gegevens. Toch benadrukken de bevindingen dat de prestaties van het model niet alleen afhankelijk zijn van het model zelf, maar ook van de kwaliteit van de gebruikte gegevens, met name de voorbewerking van satellietafgeleide kustlijngegevens.

“In de competitie kregen modelleurs toegang tot remote sensing kustlijngegevens, die gemakkelijk toegankelijk zijn maar over het algemeen minder betrouwbaar dan gronddatatobservaties,” zegt Dr. Mao. “Aangezien gronddataverificatie van de kustlijn niet gemakkelijk beschikbaar is, raden we aan om spatio-temporele glijdende technieken breder te gebruiken om de ruis van satellietafgeleide kustlijngegevens te verminderen en de modelprestaties te verbeteren.”

Dr. Mao merkt op dat een andere belangrijke beperking voor de meeste van deze modellen is dat ze nog steeds sterk afhankelijk zijn van de Bruun-regel—een 60 jaar oud principe dat zegt dat een zandstrandprofiel zijn vorm zal behouden naarmate de zeespiegel stijgt, maar landinwaarts en omhoog zal verschuiven om te compenseren. Veel wetenschappers en kustingenieurs beschouwen deze regel als een oversimplificatie van de complexiteit van echte kustprocessen. “Voor langetermijnvoorspellingen betwijfelen we de betrouwbaarheid van modellen die nog steeds gebaseerd zijn op de Bruun-regel,” zegt hij. “Om beter de complexiteit van kustsystemen te weerspiegelen, moeten we alternatieve benaderingen ontwikkelen die veranderingen in de kustlijn in de tijd vastleggen.”

Dr. Mao benadrukt dat het belangrijk is om modellen te ontwikkelen om veranderingen in de kustlijn te voorspellen, aangezien klimaatgerelateerde risico’s tot de hoogste in kustgebieden behoren. Ongeveer 10% van de wereldbevolking woont binnen vijf kilometer van een kust, en veel van deze gebieden worden geconfronteerd met groeiende bedreigingen van kusterosie en -recessie.

Dr. Mao gelooft dat we meer menselijke interventie kunnen verwachten om deze kustgemeenschappen te beschermen—en dat toekomstig onderzoek zich meer moet richten op deze complexe kustomgevingen. “Als we kijken naar dichtbevolkte kuststeden over de hele wereld, hebben ze de neiging om meer ‘ge-engineerde’ stranden te hebben, met structuren zoals golfbrekers of zeeweringen,” zegt Dr. Mao. “Maar nu beginnen ingenieurs te zoeken naar natuurlijke interventies zoals zandaanvullingsprogramma’s. Het nauwkeurig kunnen voorspellen hoe stranden zullen veranderen, helpt overheden, planners en gemeenschappen om slimmer beslissingen te nemen over hoe we ons natuurlijke milieu kunnen behouden.”