Seismic Risk Assessment Tools Workshop

Held in the European Crisis Management Laboratory on 11-12 May 2017, the Workshop brought together on one side the developers of some of the most widely used modern seismic risk assessment tools and on the other a number of Civil Protection authorities from countries of the European Civil Protection Mechanism. The objective was to demonstrate the use and capabilities of the tools, explore the possible use in near-real-time impact assessment and promote their use in risk planning and disaster response. The systems presented in the workshop demonstrated a very high sophistication and increased flexibility in accepting data from a large number of sources and formats. Systems that were initially developed on a national scale can now work on a global level with little effort and the use of global-scale exposure data is almost seamless. An urgent need for more accurate exposure data being openly available was identified, as well as the need of proper use of the fragility curves. Inter-system collaboration and interoperability in some cases to increase ease of use was greatly appreciated and encouraged. All systems participated in a real-time simulation exercise on previously unknown seismic data provided by the JRC; some additional automation might be in order, but in general all systems demostrated a capacity to produce results on a near-real-time basis. The demonstrations were unanimously welcomed as very useful by the participating Civil Protection Authorities, most of which are either using a locally-developed system of moving towards using one of those presented in the workshop.JRC.E.1-Disaster Risk Managemen

Tropical Cyclone ISAAC. USA, August 2012

Tropical Cyclone ISAAC, after causing damage and deaths in Haiti, moved towards the coast of SE Louisiana (USA), where it made two landfalls. After the second landfall, it started moving inland in SE Louisiana, passing W of New Orleans on Aug 29 afternoon/evening (UTC), weakening into a tropical storm, then late on Aug 30 became a tropical depression. Tropical Cyclone ISAAC affected the southern parts of Louisiana, Mississippi and Alabama with heavy rainfall, strong winds and storm surge, causing flooding, power outages, damage to property and, according to media report, killing at least 7 people. Most of this damage has been caused by heavy rains and storm surge. The Joint Research Centre (JRC) followed the event through the information automatically collected and analysed in the Global Disasters Alerts and Coordination System (GDACS). GDACS classification, for TC ISAAC in the USA, was: Green for the wind impact, Orange for rain impact and Red for storm surge impact. On 27 August 2012, 2 days before the landfall, the JRC HyFlux2 storm surge model indicated a possible storm surge in the order of 2.5-3.5m for Aug 29 morning (UTC) in the coastal area E-SE of New Orleans, Louisiana Online observations and NOAA reports confirmed the forecasts. This report analyses and discusses the GDACS automatic impact assessments and compares the JRC HyFlux2 deterministic storm surge forecasts with the probabilistic forecasts provided by NOAA.JRC.G.2-Global security and crisis managemen

Tropical Cyclone GIOVANNA. Madagascar, February 2012

JRC has developed GDACS, an early warning system created to alert the humanitarian community about potential disasters which are under development. Tropical cyclones are some of the most damaging events, affecting the coastal population with three dangerous effects: strong wind, heavy rain and storm surge. GDACS includes the analysis of the first and the second effects, and recently also the third effect (storm surge) has been implemented. An impact assessment for all the three alerts are presented in the report. Wind alert level estimated by GDACS was Red, due to the high wind and the high vulnerability of the affected country. The wind impact assessment by BNGRC has confirmed that most of the damage due to Giovanna was caused by strong winds. The region most affected has been Antisanana. The rain impact alert level in GDACS is based on the estimation of the total accumulation of rainfall on land using NOAA eTRaP data. The applicability of the data was considered fine for alert levels at regional level, but not at local level due to spatial uncertainty. The storm surge GDACS alert level is based on the calculations of the JRC code HyFlux2. The accuracy of the estimated storm surge height could not be established because the available tide gauge was malfunctioning. We compared our results with two UNOSAT/UNITAR impact assessment maps of two damaged cities (Brickaville and Vatomadry). These maps gave a clear indication of building damages, as a result of strong winds and storm surge while the JRC calculations showed a storm surge in the order of 1 m. Overall, the GDACS models performed well. Alert levels for all hazard components were consistent with the observed impact. The location and timing of the information could accurately identify the affected provinces. GDACS information is appropriate for near real-time strategic decision making.JRC.G.2-Global security and crisis managemen

The fourth phase of the radiative transfer model intercomparison (RAMI) exercise : Actual canopy scenarios and conformity testing

The RAdiative transfer Model Intercomparison (RAMI) activity focuses on the benchmarking of canopy radiative transfer (RT) models. For the current fourth phase of RAMI, six highly realistic virtual plant environments were constructed on the basis of intensive field data collected from (both deciduous and coniferous) forest stands as well as test sites in Europe and South Africa. Twelve RT modelling groups provided simulations of canopy scale (directional and hemispherically integrated) radiative quantities, as well as a series of binary hemispherical photographs acquired from different locations within the virtual canopies. The simulation results showed much greater variance than those recently analysed for the abstract canopy scenarios of RAMI-IV. Canopy complexity is among the most likely drivers behind operator induced errors that gave rise to the discrepancies. Conformity testing was introduced to separate the simulation results into acceptable and non-acceptable contributions. More specifically, a shared risk approach is used to evaluate the compliance of RI model simulations on the basis of reference data generated with the weighted ensemble averaging technique from ISO-13528. However, using concepts from legal metrology, the uncertainty of this reference solution will be shown to prevent a confident assessment of model performance with respect to the selected tolerance intervals. As an alternative, guarded risk decision rules will be presented to account explicitly for the uncertainty associated with the reference and candidate methods. Both guarded acceptance and guarded rejection approaches are used to make confident statements about the acceptance and/or rejection of RT model simulations with respect to the predefined tolerance intervals. (C) 2015 The Authors. Published by Elsevier Inc.Peer reviewe

Spheroidal components of spiral galaxies: structure and evolution

Samenvatting Wanneer we naar een plaatje van een spiraalstelsel kijken zoals Fig. 1 in het inleidend hoofdstuk van dit proefschrift, kunnen we twee hoofdcomponenten onderscheiden : de schijf en de 'bulge' (de verdikking in het centrum). Zoals de naam het zegt heeft de eerste de vorm van een dunne schijf terwijl de tweede het elliptische systeem is in het centrum. Het overgrote deel van de massa in deze twee komponenten bevindt zich in sterren; de schijf bevat daarnaast ook nog grote hoeveelheden gas en stof, doorgaans gemeenschappelijk onder de noemer 'interstellaire materie' geplaatst. Hoofdstukken 2, 3 en 4 van dit proefschrift gaan over de verdeling van sterren in de bulge, en wat we hieruit kunnen leren aangaande het tijdstip en het mechanisme van de vorming van de bulge en het sterrenstelsel in het algemeen. De bulge bestaat voornamelijk uit oude sterren die rond de symmetrie-as van het sterrenstelsel roteren. Maar omdat we niet weten in welke mate de sterren van de schijf bijdragen tot de lichtkracht van de bulge, is het moeilijk om een precieze beschrijving te geven van de manier waarop de bulge-sterren verdeeld zijn. Dit staat bekend als het 'bulge-schijf ontbinding' (bulge-disk decomposition) probleem. Doorgaans lost men dit op door te veronderstellen dat de bulges van alle sterrenstelsels een dichtheid en oppervlaktehelderheidsverdeling hebben die gelijkt op die van elliptische sterrenstelsels; namelijk dat de logaritme van de ppervlaktehelderheid evenredig is met de straal tot een zekere macht(1/4). De som van deze wet en van een exponentiele schijf wordt dan gefit aan de totale oppervlaktehelderheid van het sterrenstelsel, en de parameters van de bulge worden dan afgeleid uit best-fit parameters van deze r(1=4) wet. In Hoofdstuk 2 verlaten we de veronderstelling dat de dichtheid en oppervlaktehelderheidsverdeling van de bulges gelijkt op die van elliptische stelsels en gebruiken in de plaats een wet die zegt dat de oppervlaktehelderheid xponentieel afhangt van de straal (plain exponential). We tonen aan dat dit een betere n meer consistente beschrijving is van de bulges, vooral voor sterrenstelsels waar de bulge klein is in vergelijking met de schijf. In Hoofdstuk 3 wordt deze conclusie bevestigd en gesterkt door een nieuwe, model-onafhankelijke decompositiemethode te introduceren om de bulge uit het totale profiel van het stelsel te extraheren. Men vindt dan dat de vorm van het bulgeprofiel systematisch wijzigt, afhankelijk van de relatieve grootte van de bulge en de schijf. Relatief grotere bulges hebben een gelijkaardig profiel aan dat van de elliptische stelsels, terwijl kleinere bulges profielen vertonen die steeds dichter bij de exponentiele wet liggen. Wat kunnen we hieruit nu leren over het tijdstip en het mechanisme van de vormingvan de bulge? Er zijn twee verschillende scenario's over hoe zo'n bulge gevormd wordt. Volgens het eerste 'klassieke' scenario is die gevormd toen het sterrenstelsel nog jong was, voor de schijf gevormd is. Volgens het tweede scenario wordt de schijf eerst gevormd en pas later de bulge, door processen die materiaal ophopen in het centrum van de schijf. Als de schijf later gevormd is dan de bulge, dan is het mogelijk dat dit proces zijn signatuur heeft achtergelaten op de oppervlaktehelderheid van de bulge; het zou kunnen dat de verandering in de helling van het oppervlaktehelderheidsprofieel van vroeg tot laat type spiraalstelsels het effect is van de vorming van de schijf na de bulge. In Hoofdstuk 4 doen we een numerieke simulatie van de vorming van de schijf rond een al bestaande bulge. De bulge wordt vertegenwoordigd door enkele tienduizenden deeltjes in evenwicht en het krachtenveld van de schijf wordt hier langzaam omheen gevormd. Het resultaat is dat het profiel van de bulge inderdaad verandert van de oorspronkelijke elliptisch-stelsel-achtige vorm naar een meer exponentiele vorm, afhankelijk van de massa van de disk. De conclusie is dat de meeste bulges die we tegenwoordig waarnemen zeer waarschijnlijk gevormd werden voorafgaand aan de schijf; dat wil zeggen, het 'klassieke' scenario lijkt correct te zijn voor deze bulges. Echt exponentiele bulges kunnen op deze manier echter niet gevormd worden. Het lijkt waarschijnlijker dat ze gevormd zijn na de schijf, als gevolg van de opeenhoping in het centrum van gas en sterren uit de schijf. Het laatste deel van dit proefschrift behandelt een component van spiraal stelsels die niet gezien kan worden omdat het geen waarneembare electro-magnetische straling uitzendt het is donker. Hoe weten we dan dat het er is? De belangrijkste indicatie voor het bestaan van donkere materie is de snelheid waarmee de sterren in de zichtbare schijf van het stelsel rond het centrum roteren. De grootte van deze snelheden hangt af van de massa die zich binnen de afstand van deze sterren tot het centrum bevindt; hoe groter de massa, des te groter de snelheid. De stellaire snelheden in de buitendelen van stelsels, voor het eerst waargenomen in de zeventiger jaren, laten zien dat er veel meer massa in een melkwegstelsel aanwezig is dan we met onze optische of radio telescopen kunnen zien. Tenzij we bereid zijn de zwaartekrachtswet van Newton aan te passen, is de enige uitleg hiervoor dat er een extra massa component in spiraal stelsels bestaat, de zogenaamde donkere halo, die zich van het centrum van deze stelsels uitstrekt naar een onbekende straal, ver voorbij het punt waar de zichtbare materie ophoudt. De rotatie krommes van melkwegstelsels kunnen het best verklaard worden door een verdeling van de donkere materie aan te nemen die een constante dichtheid heeft binnen een bepaalde straal. Dit gebied van constante dichtheid wordt meestal 'core' (kern) genoemd, en deze modellen beschrijven een ongeveer isotherme bol. De donkere halo's die in cosmologische simulaties gevormd worden hebben deze verdeling echter niet. In plaats van een constante dichtheid nabij het centrum, neemt de dichtheid snel toe naarmate we dichter bij het centrum komen. Deze halo's worden 'singulier' genoemd. Behalve voor dwergen en lage oppervlakte helderheids stelsels, kunnen de rotatie krommes nog steeds makkelijk gemodelleerd worden met een dergelijke donkere materie verdeling. Deze andere verdeling lijkt dus geen groot probleem te zijn. Er vindt echter wel een proces plaats dat de zaken bemoeilijkt: de vorming van het zichtbare stelsel in de donkere materie halo. In Hoofdstuk 5 simuleren we de vorming van een stelsel in een donkere halo. Het invallen van de baryonische materie naar het centrum heeft enkele nogal belangrijke gevolgen. Een deel van de donkere materie wordt door dit proces naar binnen getrokken, en de dichtheid van de donkere materie zal in het centrum dus nog sneller toenemen dan oorspronkelijk het geval was. De uiteindelijke vorm van de donkere halo kan met geen mogelijk meer de vorm van de rotatie kromme verklaren; de rotatie kromme die uit de simulaties volgt daalt, terwijl de waargenomen krommes vlak zijn of stijgen. Deze inconsistenties tussen de halos die gevormd worden in het Cold Dark Matter model en de halos die nodig zijn om de waargenomen rotatie krommes te verklaren, zouden erop kunnen duiden dat andere vormen van donkere materie overwogen moeten worden, of dat er helemaal van het idee van donkere halos afgestapt moet worden

Towards a global humanitarian volcano impact alert model integrated into a multi-hazard system

Volcanic eruptions pose a significant risk to human lives, property and infrastructure, despite rapid advances in monitoring and early warning science and technology. Some elements of risk — like the number of people living close to volcanoes — are increasing, and the unpredictable nature of eruptions may overwhelm the local response capacity, and turn into a disaster, sometimes requiring international assistance. To deal effectively with these crises, the international humanitarian community needs a global, science-based early warning system that should assimilate the state-of-the-art monitoring and early warning techniques, as well as being able to provide a preliminary impact assessment and issue appropriate and relevant alerts. Current volcano warning systems are either only local in context or are not suited to the needs of global early warning. In this paper we propose an outline for a volcano warning system aimed at issuing alerts to the humanitarian aid community. It is designed as a 4-level system, incorporating the latest monitoring and hazard modelling techniques that are applicable on a global scale. Alerts are mainly based on the predicted humanitarian impact of the modelled hazards. Systematic handling of volcanic manifestations such as thermal signals and ash clouds from space-borne instruments make it possible to create such a system. Global Disaster Alert and Coordination System (GDACS), a joint effort by the United Nations and the European Commission, has been operating in a similar spirit for other natural disasters for a number of years and could fulfil the role of the desired volcano system. This paper discusses the needs and issues of this undertaking.JRC.G.2-Global security and crisis managemen