new visualizing hurricanes lp sept13 · 2018. 1. 4. · ards collabo hu ricanes ns from etween sto...

20
A O r a s h N S S S S U U A A E h G M O E C E E E Lesson P A multim OBJECTIVE: result compl and their val scientific visu hurricane. National Science C Science and Techn Science and Techn Science in Persona Science in Persona Unifying Concepts Unifying Concepts Alabama Course of Aquascience Electi Earth and Space Sc hydrosphere, biosp Geology Elective Co Marine Science Ele Ocean Literacy Prin Essential Principle a. Th b. Th cir fro Climate Literacy Pr Essential Principle b. Cove water c Essential Principle c. Obse climate Essential Principle a. Sea l accomp Plan • North Visu media le Students wete inundat ue in the reualization to ontent Standards: ology Content Sta ology Content Sta l and Social Perspe l and Social Perspe and Processes, Gr and Processes, Gr f Study Science Sta ve Core 2, Grades cience Elective Cor phere, and lithosp ore 14, Grades 91 ective Core 4, Grad nciples: 3: The ocean is a m he ocean controls he ocean absorbs m rculation when, af om warm seas pro rinciples: 2: Climate is regul ering 70% of Earth ycles. 5: Our understand ervations, experim system and make 7: Climate change evel rise increases pany hurricanes. ern Gulf Coas uali esson ab visu ill able to dif ion calculati search of na ool to infer d : ndard, Grades 91 ndard, Grades 91 ectives, Grades 9ectives, Grades 9rades 912: Eviden rades 912: Chang andards: 912: Relate geolo re 2, Grades 912: here. 12: Explain the int des 912: Recogniz major influence on weather and clima much of the solar fter it is released in ovides the energy f lated by complex i ’s surface, the oce ding of the climate ments, and theory a e predictions abou e will have consequ s the risk of damag st Coastal Haz izing bout hur ualizatio fferentiate b ons. Studen atural system data about c12: Abilities of tec 12: Understanding 12: Natural and h 12: Science and te nce, models, and e ge, constancy, and ogical and hydrolo Describe effects o teraction of the co ze interactions bet n weather and clim ate by dominating radiation reaching nto the atmosphe for hurricanes and interactions amon ean exerts a major e system is improv are used to constr t its future behavi uences for the ear ge to homes and b zards Collabo g hu rricanes ons from between sto nts will gain ms. Students oastal storm hnological design gs about science a humaninduced ha echnology in local explanation measurement ogical phenomena on weather of ene ontinuous processe tween the atmosp mate g the Earth’s energ g Earth. The ocean re as water vapor, d cyclones. ng components of r control on climat ved through observ ruct and refine com or. rth system and hu buildings from stor oratory • Dau urri s, storm m model rm surge ele an understa s will use cu m surge and i nd technology azards , national, and glo and fluid dynami ergy transfer withi es of waves, tides phere and the ocea gy, water and carb n loses heat by ev , it condenses and the earth system te by dominating E rvations, theoretic mputer models tha man lives rm surges such as uphin Island S cane m surge, a ls evation and anding of sci rrent techno inundation d obal challenges cs to aquatic sys in and among the , and winds with t an bon systems. vaporation. This h d forms rain. Cond Earth’s energy and cal studies, and mo at represent the those that 1 Sea Lab, Alab es and scie inundation entific visua ologies with during a mostems atmosph the coastal environ eat loss drives atm densation of wate d odeling. | Page bama entific and as a alizations a deled ere, nment. mospheric r evaporated

Upload: others

Post on 31-Oct-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

 

A

 

Orash

NSSSSUU AAEhGM

OE

CE  E  E  

Lesson P

A multim

OBJECTIVE:  result compland their valscientific visuhurricane. 

National Science CScience and TechnScience and TechnScience in PersonaScience in PersonaUnifying Concepts Unifying Concepts 

Alabama Course ofAquascience ElectiEarth and Space Schydrosphere, biospGeology Elective CoMarine Science Ele

Ocean Literacy PrinEssential Principle 

a. Thb. Th

cirfro 

Climate Literacy PrEssential Principle 

b.  Covewater c

Essential Principle c.  Obseclimate 

Essential Principle a.  Sea laccomp

Plan •   North

Visu

media le

Students wiete inundatue in the resualization to

ontent Standards:ology Content Staology Content Stal and Social Perspel and Social Perspeand Processes, Grand Processes, Gr

f Study Science Stave Core 2, Grades cience Elective Corphere, and lithospore 14, Grades 9‐1ective Core 4, Grad

nciples: 3: The ocean is a mhe ocean controls he ocean absorbs mrculation when, afom warm seas pro

rinciples: 2: Climate is regulering 70% of Earthycles. 5: Our understandervations, experimsystem and make7: Climate changeevel rise increasespany hurricanes. 

ern Gulf Coas

uali

esson abvisu

ill able to difion calculatisearch of naool to infer d

: ndard, Grades 9‐1ndard, Grades 9‐1ectives, Grades 9‐ectives, Grades 9‐rades 9‐12:  Evidenrades 9‐12:  Chang

andards: 9‐12: Relate geolore 2, Grades 9‐12: here. 12:  Explain the intdes 9‐12: Recogniz

major influence onweather and climamuch of the solar fter it is released inovides the energy f

lated by complex i’s surface, the oce

ding of the climatements, and theory ae predictions aboue will have consequs the risk of damag

st Coastal Haz

izing

bout hurualizatio

fferentiate bons.  Studenatural systemdata about co

12:  Abilities of tec12:  Understanding12:  Natural and h12:  Science and tence, models, and ege, constancy, and

ogical and hydrolo Describe effects o

teraction of the coze interactions bet

n weather and climate by dominatingradiation reachingnto the atmosphefor hurricanes and

interactions amonean exerts a major

e system is improvare used to constrt its future behaviuences for the earge to homes and b

 zards Collabo

g hu

rricanesons from

between stonts will gain ms.  Studentsoastal storm

hnological designgs about science ahuman‐induced haechnology in localexplanation  measurement 

ogical phenomenaon weather of ene

ontinuous processetween the atmosp

mate g the Earth’s energg Earth.  The oceanre as water vapor,d cyclones. 

ng components of r control on climat

ved through observruct and refine comor. rth system and hubuildings from stor

 

oratory  •  Dau

urri

s, stormm model

rm surge elean understas will use cu

m surge and i

nd technology azards , national, and glo

 and fluid dynamiergy transfer withi

es of waves, tidesphere and the ocea

gy, water and carbn loses heat by ev, it condenses and

the earth systemte by dominating E

rvations, theoreticmputer models tha

man lives rm surges such as

uphin Island S

cane

m surge, als

evation and anding of scirrent technoinundation d

obal  challenges 

cs to aquatic   sysin and among the 

, and winds with tan 

bon systems. vaporation.  This hd forms rain.  Cond

Earth’s energy and

cal studies, and  moat represent the  

 those that    

1

Sea Lab, Alab

es

and scie

inundation aentific visuaologies with during a mod

stems   atmosph

the coastal environ

eat loss drives atmdensation of wate

d    

odeling.  

 | P a g e  

bama 

entific

and as a alizations a deled 

ere, 

nment. 

mospheric r evaporated 

Page 2: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

 

 

S(

Ffatdctc

 

Lesson P

 Students THE PATH

STORM SUFROM:  HTTP://

Factors Impaforce of the wassociated wthe wind. Thdifferent factchanges in stthe coast, cecharacteristi

Plan •   North

Visu

should ha OF THE ST

HURR

URGE /WWW.NHC.NO

acting Surgewinds movinwith intense e maximumtors.  Storm torm intensientral pressucs of coasta

ern Gulf Coas

uali

BEFOave a basicTORM” is aRICANES”, 

BA

OAA.GOV/SURG

:   Storm surng cyclonicastorms is mi potential stsurge is a veity, forward ure (minimall features su

st Coastal Haz

izing

ORE STARc understana NGCHC/Dbut not ne

ACKGROU

GE/ ) 

rge is produclly around thinimal in comtorm surge fery complexspeed, size ( contributiouch as bays a

 zards Collabo

g hu

RTING THnding of hDHP lessoecessary to

ND INFOR

ced by watehe storm. Thmparison to for a particux phenomen(radius of mn in comparand estuarie

oratory  •  Dau

urri

IS LESSONurricane fon designedo complete

RMATION

r being pushhe impact onthe water blar location on because 

maximum winrison to the wes.   

uphin Island S

cane

N: ormation ad to precede the lesso

hed toward tn surge of thbeing forced depends onit is sensitivnds‐RMW), awind), and t

2

Sea Lab, Alab

es

and physicde “VISUAon. 

the shore byhe low pressutoward the  a number oe to the sligangle of appthe shape an

 | P a g e  

bama 

cs.  “IN ALIZING 

y the ure shore by of htest proach to nd 

Page 3: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

 

 

S

 

 

Ih

WtmAww(

 

 

Lesson P

STORM S

t is importanheight is the 

Wave setup transport of mass gets piAs a result thwave attack wave setup ifrom http://

Plan •   North

SURGE, 

nt to note wdifference b

indicates thwater massled up againhe water levof an hour ois necessary /www.civil.ii

ern Gulf Coas

WAVE S

with your stubetween the

e rise in the .  When the nst the benchel for a consor so is neceto know whitb.ac.in/~m

 

st Coastal Haz

SETUP, S

dents the die crest and t

Mean Watewaves breah slope follosiderable disssary so thahether low lycdeo/image

 zards Collabo

STORM T

fferent betwhe trough of

er Level, or sk near the cwing converstance offshot the equilibying coastal es/ch4.pdf)

oratory  •  Dau

TIDE AN

ween wave sf a single wa

sea level, duoast in the srsion of kineore rises. Fobrium surfacareas would

uphin Island S

D INUND

WAV

In addwaterforceseffectland athe heof thean incelevat

set‐up and wave.   

e to wave gesurf zone, thetic energy tor this to hape gets formed be flooded

3

Sea Lab, Alab

DATION

VE SETUP

dition to ther caused by ts of the storts of storm sare compouneight and inte waves thatcrease in wation.  

wave height.

enerated onhe broken wao potential eppen a sustaed.  Calculat in stormy w

 | P a g e  

bama 

e rise in the m, the surge on nded by tensity t result in ter 

  Wave 

nshore ater energy.   ined tion of waves.  

Page 4: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

 

 

tsc

 

 

 

Ftisw

Ie

Lesson P

tides.   This rsurge coincidcases.   Astro

FOR EXAMPLto the beachnundation asurge, tide lewhile low tid

f inundationexperience f

Plan •   North

rise in waterdes with theonomical tid

LE: The stormh (sea level) wat location (xevel and wavdes will have

n calculationlooding as a

ern Gulf Coas

 level can ca normal highes can lesse

m surge on awill be differx) will vary ave setup.   Ae a negative v

s are comple result of tot

st Coastal Haz

ause extremeh tide, resultn storm surg

a specific arerent than thccording to tt the time ofvalue.   

eted and thetal storm su

 zards Collabo

e flooding inting in waterge impacts if

ea of coastline inundationthe elevatiof hurricane l

e result is a rge. 

oratory  •  Dau

n coastal arer levels in exf the storm 

ne could be n high atop aon and includlandfall, high

negative val

uphin Island S

TIDSTO StormStormabnogeneoverpred

eas particulaxcess of 20 fhits at a low

INUN

Stormincreaelevatstormpressuinundwaterwould

20ft.  But tha sand dunedes all threeh tides will h

lue, that loca

4

Sea Lab, Alab

DE and  ORM SUR

m Surge andm surge is aormal rise oferated by a sr and above tdicted astronrly when stoeet or more

w tide. 

NDATION

m surge is thease in normation caused 

m’s winds andure, while dation is the r over what d be dry land

he inundatioe.   Total pos factors: stohave a positi

ation will no

 | P a g e  

bama 

RGE 

d Tide: n f water storm, the nomical orm e in some 

e al water by the d 

depth of normally d.   

on close sible rm ve value 

ot 

Page 5: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

 

 

Fi

 

Ast 

 

F

   

 

Lesson P

For the ‘Visunundation c

Total

A valuable visurge and elethe actual st

For the grap

Deter The astorm

Plan •   North

ualizing Hurrcalculation: 

l Possible In

isual for studevation consorm surge m

hic above, a

rmine the toapproachingm is going to

ern Gulf Coas

icanes’ activ

undation = (

dents is inclusistent.  Inunmeasuremen

 word probl

otal possible g storm is pr make landf

 

st Coastal Haz

vity, student

(Tide Level +

uding variatindation can nts are equiv

em could re

inundation fredicted to hfall during a 

 zards Collabo

s will need t

+ Storm Surg

ions of wavevary drasticvalent.   

ad as follow

for a home bave a stormhigh tide of 

oratory  •  Dau

to know and

ge + Wave S

e set‐up andally accordin

ws: 

built at an el surge of 14f2ft. 

uphin Island S

 understand

Setup) – Elev

 tide levels wng to these f

levation of 1ft and a wav

5

Sea Lab, Alab

d the total po

vation 

while keepinfactors even

12ft above seve setup of 6

 | P a g e  

bama 

ossible 

ng storm n when 

ea level.  6ft.  The  

Page 6: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

6 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

SCIENTIFIC VISUALIZATION (FROM:  HTTP://WWW.CC.GATECH.EDU/SCIVIS/TUTORIAL/TUTORIAL.HTML) 

Scientific visualization, sometimes referred to in shorthand as SciVis, is the representation of data graphically as a means of gaining understanding and insight into the data. It is sometimes referred to as visual data analysis. This allows the researcher to gain insight into the system that is studied in ways previously impossible.  

What it is not‐ It is important to differentiate between scientific visualization and presentation graphics. Presentation graphics are primarily concerned with the communication of information and results in ways that are easily understood. In scientific visualization, we seek to understand the data. However, often the two methods are intertwined.  

From a computing perspective, SciVis is part of a greater field called visualization. This involves research in computer graphics, image processing, high performance computing, and other areas. The same tools that are used for SciVis may be applied to animation, or multimedia presentation, for example.   As a science, scientific visualization is the study concerned with the interactive display and analysis of data. Often one would like the ability to do real‐time visualization of data from any source. As an emerging science, its strategy is to develop fundamental ideas leading to general tools for real applications. This pursuit is multidisciplinary in that it uses the same techniques across many areas of study.  

Scientific visualization is an integral part of the process of simulating natural phenomena. In the computational sciences, the main goal is to understand the workings of nature. In order to accomplish this, the scientist proceeds through a number of steps from observing a natural event or phenomenon to analyzing the results of the phenomena. Visual representation of this data has been often indispensable in gaining an understanding of the process involved. 

Through the availability of increasingly powerful computers with increasing amounts of internal and external memory, it is possible to investigate incredibly complex dynamics by means of ever more realistic simulations. However, this brings with it vast amounts of data. To analyze these data it is imperative to have software tools which can visualize these multi‐dimensional data sets. Comparing this with experiment and theory it becomes clear that visualization of scientific data is useful yet difficult. For complicated, time‐dependent simulations, the running of the simulation may involve the calculation of many time steps.  It is necessary to visualize and store the results selectively so that we do not have to recompute the dynamics if we want to see the same scene again.  

The main reasons for scientific visualization are the following ones: it will compress a lot of data into one picture (data browsing), it can reveal correlations between different quantities both in space and time, and it opens up the possibility to view the data selectively and interactively in real time.  It is also very useful to have the possibility to interactively change the simulation parameters and immediately see the effect of this change through the new data.  

Page 7: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

7 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

‘REAL’ STORM SURGE VISUALIZATION TOOL 

The REAL (Rapid Estimates of Approaching Landfall) tool uses pre‐computed, high resolution model data to generate fast, accurate, time dependent and operation estimates of local storm surge.  Currently, the REAL models include 500 models that concentrate on the Mississippi coast, but additional models for Gulf States are being added in the near future. The model runs are tested with storms simulations of known directional paths, minimum sea level pressure and maximum radius of wind fields (overall size of the storm).  All model runs then examine variations of storm wind speed, wind direction, speed of forward motion, and maximum wind speed to the resulting storm surge and inundation occurring on land.  

Scientists have run hindcast models (comparing the REAL simulations to past datum from recorded hurricanes) and found that the REAL visualization tool has less than 20% error in its storm surge and inundation predictions.  This makes REAL a useful tool for forecasting potential storm surge effects for approaching hurricanes.  

In using the REAL tool for this exercise, we will be importing the model run into Google Earth for a user friendly format.  We will be looking at a storm model very similar to Hurricane Camille, which struck the Gulf coast in 1969.  The model, ‘Natasha’, is similar to Camille in track 24 hrs prior to landfall, central pressure, and maximum radius of winds. 

 

It is important to note, for the REAL visualization tool, the surge depths include wave setup.  All calculations assume a neutral (zero height) tide level.   

Page 8: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

8 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

FOR THIS ACTIVITY 

This lesson must be done with the use of a computer lab, or used as a take home exercise for students with after school computer access.   There is a PowerPoint for this lesson plan available to aid teachers in explaining the concepts.  There are 2 different sets of worksheets for this lesson. 

Teach your students about the difference between storm surge and inundation.  Students will need to have an understanding of storm surge math to complete the ‘Inundate your Brain!’ worksheets.   

Discuss scientific visualizations with your students.  Explain that they will be using a scientific visualization tool (REAL) to help them understand hurricane impacts to coastal communities.  Introduce your students to the REAL tool in Google Earth, explaining each layer of the program and what it visualizes.  The ‘Visualizing Hurricanes’ worksheet is designed to guide students through the REAL tool. 

This activity assumes a general working knowledge of the Google Earth program.  If your students are not familiar with the program, a brief tutorial prior to starting the activity is recommended. 

 

Expand it! 

 

HISTORY AND SCIENCE!   Combine this activity with the interdisciplinary lesson from the NGCHC on Historical Hurricanes and Hurricane Camille.  Have students use the REAL tool to compare the historical information from Hurricane Camille to the model run Natasha and draw comparisons between the two storms.  Is Natasha a good model to compare to the known effects from Hurricane Camille?  How does the Natasha model vary from past data and recorded accounts from Hurricane Camille? 

COASTAL HABITATS AND WETLANDS!  Use the inundation ‘Water Depth’ layer of the REAL visualization tool to discuss the benefits of certain types of habitats.  Examine areas with significant wetland habitats, compared to heavily developed coastal areas and the resulting inundation in each area.  Discuss how coastal development has changed the resiliency of coastal habitats and communities during hurricanes and other natural disasters. 

ENGINEERING!  Using the storm surge depth ‘Elevation’ layer and the inundation ‘Water Depth’ layer, discuss methods of coastal engineering that could potentially affect how coastal areas are affected by hurricanes.  Look for current structures (bridges, levees, sea walls) that might affect how the inundation levels affect the coastal communities during a storm.  Predict how inundation levels might change if they were removed. 

   

Page 9: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

 

N

1

 

6sa

  

    

Lesson P

Name

1‐5.  Label th

6.  Calculate storm surge and the tide 

INUNInund

Plan •   North

:

he following 

W

the inundatof 10 ft and level was eq

NDATION = (dation= (10f

ern Gulf Coas

Inun

parts of the

Wave Setup 

 Tide L

tion level of a wave setuqual to mean

SURGE + WAft + 2ft + 0ft)

st Coastal Haz

ndate

e picture:  

  Sto

Level 

a building loup of 2ft.  Thn sea level.  

AVE SETUP +) – 11ft = 1ft

 zards Collabo

e your

rm Surge 

Mean S

ocated at an he hurricane(Tide level=0

+ TIDE) ‐ (ELt inundation

KEY

oratory  •  Dau

r bra

Inun

ea Level 

 elevation ofe made landf0ft) 

LEVATION)n 

uphin Island S

ain!

dat

dation Leve

f 11ft duringfall between

9

Sea Lab, Alab

te: 

el   

g a hurricanen low and hig

 | P a g e  

bama 

e with a gh tide 

Page 10: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

10 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

Inundate your brain! (page 2)

 7.  Calculate the inundation level of a building located at an elevation of 15ft during a hurricane with a storm surge of 8ft and a wave setup of 3ft.  The hurricane made landfall at a low tide of 5ft below mean sea level.  Show your work. 

INUNDATION = (SURGE + WAVE SETUP + TIDE) ‐ (ELEVATION)   Inundation = (8ft + 3ft +(‐5ft)) ‐ 15ft =  ‐9 ft     There was NO INUNDATION   8.  Calculate the inundation level of a building located at an elevation of 12ft during a hurricane with a storm surge of 8ft and a wave setup of 2ft.  The hurricane made landfall at peak high tide of 5.5ft above mean sea level.  Show your work. 

  INUNDATION = (SURGE + WAVE SETUP + TIDE) ‐ (ELEVATION)   Inundation = (8ft + 2ft + 5.5ft) ‐ 12ft = 3.5 ft inundation  9.  Calculate the inundation level of a building located at an elevation of 12ft during a hurricane with a storm surge of 8ft and a wave setup of 2ft.  The hurricane made landfall at peak low tide of 5.5ft below mean sea level.  Show your work. 

  INUNDATION = (SURGE + WAVE SETUP + TIDE) ‐ (ELEVATION)   Inundation = (8ft + 2ft + (‐5.5ft)) ‐ 12ft = ‐7.5 ft  There was NO INUNDATION  10.  Based on your calculations in problems 6‐9, and what you learned in class, can the tide table an the time a hurricane makes landfall make any difference in the amount of damaged caused by the storm surge?  Explain your answer.    There would most likely be less damaged from inundation if a hurricane makes landfall during low tide.  Because sea level would already be below the mean, there would be a cushion for the surge.  The surge would need to be greater than the absolute value of the low tide level to make any inundation on land.    

KEY

Page 11: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

11 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

Visualizing hurricanes

STUDENT WORKSHEET   •  TEACHER KEY  

Scientific visualization is an integral part of the process of simulating natural phenomena. In the computational sciences, the main goal is to understand the workings of nature. In order to accomplish this, the scientist proceeds through a number of steps from observing a natural event or phenomenon to analyzing the results of the phenomena. Visual representation of this data is often indispensable in gaining an understanding of the process involved.  For this activity, you will be using a scientific visualization tool called REAL (Rapid Estimates of Approaching Landfall), to learn about the effects of storm surge to coastal communities.  We will be visualizing a simulated hurricane model through Google Earth. 

Download Instructions 

Go to the NGCHC/ DISL storm surge website: 

Stormsurge.disl.org 

Click on the ‘Student Resources’ link  

If your computer does not have Google Earth, you will need to download this program from the student resource page before starting. 

Find and select the “Natasha vs. Camille” link.   

When the ‘Opening REAL Natasha vs. Camille.kmz’ dialog box opens, select OPEN with Google Earth.   

For younger grades, teachers might need to have the program pre‐set on the computers. 

 

BEFORE STARTING THE WORKSHEET:  Turn off all layers by clicking the boxes EXCEPT those selected in ‘My Places’ and the ‘Primary Database’ in the Google Earth REAL Visualization KEY (next page).   This will help the program run with greater speed and prevent an overabundance of information in the Google Earth Viewer.  Throughout the exercise, you will need to ‘turn off’ or ‘turn on’ certain layers in ‘My Places’.  If the box next to the layer is green, or has a green check mark, the layer is ‘on’ and showing on the viewer. 

   

KEY

Page 12: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

12 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

Google Earth REAL Visualization  

Use this key throughout the activity to answer the questions.  Click on the [+] to see more place/layer choices. 

KEY

Page 13: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

13 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

USING THE REAL VISUALIZATION TOOL IN GOOGLE EARTH, ANSWER THE FOLLOWING QUESTIONS 

Hurricane Camille struck the Gulf coast on August 17, 1969.  When Camille made landfall near the mouth of the Mississippi River, it was a category 5 storm with sustained winds of 190 mph.  While it was an intensely strong storm, it was relatively small in size.   Of the 500 models of storms hitting the Mississippi coast, JOS6009D ‘Hurricane Model Run Natasha’ was found to be the most closely correlated to Camille’s historical track 24hrs prior to landfall.  However, these tracks vary quite dramatically in their start and conclusion.   

Hurricane Camille’s HISTORIC TRACK is shown by two track lines: 

‘Best Track’ is Camille’s path up until 24hrs prior to landfall.  This path is shown in teal moving into the    Gulf of Mexico after passing over Cuba. 

‘FST Track’ is Camille’s path from 24hrs prior to landfall through the time that Camille reached the   Alabama Tennessee state border.  

 ‘JOS6009D’ is the model run of Hurricane Natasha designated by a green track line extending from the   Bahamas through to the Mississippi Arkansas state border. 

1.  Using the image on Google Earth, give the coordinates where the historic track and model track first converge. (TIP: zoom in to get the most accurate coordinates located at the bottom of the screen) 

Latitude North:   27⁰ 08’ N   (27⁰ 08’ N) approximately 

Longitude West:  88⁰ 15’ W (88⁰ 15’ W) approximately 

2.  Give the coordinates of Camille’s historic track after landfall, where the Camille and the model track JOS6009D significantly diverge. 

Latitude North:  31⁰ 12’ N  (31⁰ 11’ N)  approximately 

Longitude West:  89⁰ 35’ W  (89⁰ 36’ W)  approximately 

3.  The REAL models are used to look at storm surge and inundation possibilities for the coast.  The paths of the model run JOS6009D and Camille’s historical track diverge after landfall.  Why do you think this model was chosen as the closest ‘match’/correlation to the historic track? 

Because the models are looking at storm surge, the 24hrs prior to landfall are of the most important b/c storm surge occurs in front of a storm and during a storm.  Surge begins to subside once the storm makes landfall. 

KEY

Page 14: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

14 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

Water levels in the REAL visualization tool are shown as a color gradient.  The scale of this gradient is shown in the upper left corner of your Google Earth Viewer and measured in feet. 

Turn on (select) the ‘Elevation’ layer under ‘JOS6009D’. 

The elevation layer shows the maximum storm surge level.  It is named ‘Elevation’ because it is a measurement of the elevation of water above the median sea level.  This layer shows the maximum predicted level of storm surge during the entire track of the model storm.  For the REAL program, the storm surge measurements include BOTH storm surge and wave setup.  However, REAL assumes a neutral tide level of 0ft. 

 

4.  Looking at the ‘Elevation’ layer and the coastline affected by model run JOS6009D, what is the maximum storm surge predicted by the model? 

  APPROXIMATELY 18FT  (Note: the scale goes up to 20ft +, however looking at the      map, only depths of approximately 18ft are predicted) 

5.  Zoom into the area of the maximum storm surge elevation.  Which two coastal towns in Mississippi would have the most severe storm surge depth from model run JOS6009D? 

  PASS CHRISTIAN AND GULFPORT  (LONG BEACH ACCEPTED ALSO) 

6.  From the predictions of this model, which side of the storm would be more intense, the eastern side or the western side?  Why would this be?  Explain your answer using what you know about hurricanes. 

THE EASTERN SIDE OF THE STORM HAS A MORE SEVERE STORM SURGE.  STORM SURGE IS   CAUSED FROM A COMBINATION OF WIND, PRESSURE AND FORWARD MOTION OF THE   HURRICANE.  THE EASTERN SIDE OF THE STORM IS THE MOST SEVERE PRIMARY DUE TO THE   COUNTER CLOCKWISE ROTATION OF THE STORM BODY 

 

 

7.  Find Lake Pontchartrain in Louisiana.  Does any storm surge from model run JOS6009D reach this estuary?  If yes, what approximate depth does the surge reach?  If no, why wasn’t this area affected? 

  YES, APPROXIMATELY 4‐5 FEET 

KEY

Page 15: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

15 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

Turn off (un‐select) the ‘Elevation’ layer under ‘JOS6009D’.  

Turn on (select) the ‘Water Depth’ layer under ‘JOS6009D’.  

The ‘Water Depth’ layer shows the maximum inundation level during the entire track of the model storm.   Inundation for the REAL model is the height of water over land OR still waters such as marshes, rivers and inland lakes. 

  Inundation = (storm surge + wave setup + tide (assumed to be zero))  ‐ (elevation of land OR still water)  

8.  Looking at the ‘Water Depth’ layer and the coastline affected by model run JOS6009D, what is the maximum inundation depth predicted by the model? 

  12FT   

9.  Find Mobile Bay, Alabama on the map.   

What inundation depth does the model predict in Mobile Bay during model run JOS6009D?        2‐5ft 

 Where in the bay does inundation occur? NORTHERN MOST PART OF THE BAY (and edges) 

Why do you think the inundation occurs primarily in this location?  Explain your answer. 

This area is a very shallow delta/marsh/wetland region, so it would flood easier with any      storm surge (shallow coastlines flood easier than deeper coastlines), also located far      away from the storm so storm surge would be less severe  

10.  Find Bay St. Louis, Mississippi on the map.   

Where is Bay St. Louis located in relation to the path of model run JOS6009D? EAST OF THE TRACK  

Is inundation at this location just at the edges of the bay?  NO, IT GOES INLAND 

What landforms does the storm surge seem to follow?  Why?  Explain your answer. 

    FOLLOWS RIVERS INLAND, lowest elevation, easier for water to ‘flow’ inland 

 

 

 

KEY

Page 16: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

16 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

Leave the ‘Water Depth’ layer on.  

Turn on (select) the ‘Hydrograph’ layer under ‘JOS6009D’ 

The ‘Hydrograph’ layer predicts the time and depth of the storm surge at different USGIS tide   stations (United States Geological Survey).  The stations are marked by bright green squares.     When you click on the green station square, a graph will appear showing the change in water   depth during the track of the model storm.  The passing of the storm is marked by a red landfall   line. 

 

This is an example of a hydrograph from the REAL tool.  The time since the model hurricane formed is on the x‐axis.  The water elevation at the specific USGIS tide station is on the y‐axis.  This shows, in graph form, how the water levels change due to storm surge during the approach and landfall of the hurricane. 

 

 

____________________________________________________________________________________ 

11.  Select three stations from the map.  Give the station name, the hour of storm landfall, the maximum water elevation predicted, and the hour of maximum water depth for each station. 

Station Name/Location  Storm Landfall (hour) 

Maximum water elevation (ft) 

Hour of Max Water Elevation 

ANSWERS WILL VARY   139 hrs  ANSWERS WILL VARY  ANSWERS WILL VARY 

  139 hrs     

  139 hrs     

 

   

KEY

Page 17: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

17 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

12.  Using the chart in question 11, did the maximum water elevation occur before, during or after the landfall of the model storm at each station?  Give an explanation why the maximum storm surge elevation occurred when it did for each station.  

ANSWERS WILL VARY 

Location: 

Maximum elevation occurred (BEFORE   or  AFTER ) the model hurricane made landfall. 

Why did max surge elevation occur at this time? 

 

 

 

Location: 

Maximum elevation occurred (BEFORE   or AFTER ) the model hurricane made landfall. 

Why did max surge elevation occur at this time? 

 

 

 

 

Location: 

Maximum elevation occurred (BEFORE   or AFTER ) the model hurricane made landfall. 

Why did max surge elevation occur at this time?   

KEY

Page 18: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

 

18 | P a g e     

Lesson Plan •   Northern Gulf Coast Coastal Hazards Collaboratory  •  Dauphin Island Sea Lab, Alabama 

Turn off (un‐select) the ‘Hydrograph’ layer under ‘JOS6009D’.  

Turn off (un‐select) the ‘Water Depth’ layer under ‘JOS6009D’. 

Turn on (select) the ‘Time Series of Elevation’ layer under ‘JOS6009D’   NOTE: Depending on the speed of your computer, this layer might not function properly.  You can still answer questions 13 and 14.  

The ‘Time Series of Elevation’ layer shows a time lapse of the model storm ‘Natasha’ as it approaches shore. By hovering over the Elevation Color Key on the top left of the Google Earth viewer, a ‘Play Bar’ will appear: this allows you to watch the changes of the storm surge as the model storm follows the path. Click on the clock with the triangle to start the animation. (4th symbol in the gray box.) 

 

 

 

 

Watch the time series of the model storm as it approaches shore between 8/16/2012 12:00pm and 8/18/2012 12:00pm.  Do this at least 2‐3 times.  (If you are having trouble viewing the animation, make sure all other browsers and unnecessary programs are closed)   

13.  Thinking about the uses of the REAL Storm Surge Visualization Tool, who might benefit the most from the predictions of this program?   

ANSWERS WILL VARY 

 

14.  What are 3 advantages of the REAL Storm Surge Visualization Tool for coastal communities?  What are three disadvantages of this tool for coastal communities? 

ANSWERS WILL VARY 

KEY

Page 19: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

School:  Grade:  Male  / Female  Pre / Post     circle  

NGCHC Hurricane Lesson Plan Pre/Post Test 

 

1.  The representation of data in a graphical and interactive way as a method of gaining understanding and insight into the data is called ______________________. 

a.  Scientific Graphing b.  Scientific Visualization c.  Presentation Graphics d.  None of the above 

 

2.  What is an example of a model? 

a.  A mobile of the solar system b.  An equation for a line c.  A diagram showing the effects of pollution on a pond d.  All of the above 

 

3.  Which type of coastline has a greater potential for large storm surge? 

a.  A wide and shallow coastline b.  A narrow and deep coastline c.  Coastline does not have an effect on storm surge d.  Both shallow and deep coastlines have an equal potential for large storm surge. 

 

4.  What is the term for an increase in water elevation, in addition to storm surge, caused by the storm’s waves? 

a.  Wave height b.  Wave depth c.  Wave set‐up d.  Wave elevation 

 

5.  What factors can affect storm surge? 

a.  Storm winds b.  Air pressure within the storm c.  Forward speed of the storm d.  All of the above 

 

Northern Gulf Coastal Hazards Collaboratory • Dauphin Island Sea Lab  

Page 20: NEW Visualizing Hurricanes LP Sept13 · 2018. 1. 4. · ards Collabo hu ricanes ns from etween sto ts will gain s. Students astal storm hnological design s about science a uman‐induced

School:  Grade:  Male  / Female  Pre / Post     circle  

Northern Gulf Coastal Hazards Collaboratory • Dauphin Island Sea Lab  

6.  What does R.E.A.L. stand for?  

a.  Rapid Estimates of Approaching Landfall b.  Recommended  Elevation Above Land c.  Realistic Estimates of Amplitude and Length d.  None of the above    

  7.  What is the term for the depth of water over dry land during a storm event?  

a.  Storm Surge b.  Storm Flood c.  Inundation d.  Flood Setup 

  8.  Hurricanes are  

a.  Low Pressure Storms b.  High Pressure Storms c.  Storms that are only in the Pacific ocean d.  Storms with slow wind speeds 

  9.   What is the increase in the normal water elevation caused by a storm’s wind and pressure?  

a.  Storm Surge b.  Storm Flood c.  Inundation d.  Flood Setup 

  10.  Most deaths during hurricanes are caused by  

a.  High winds b.  Storm Surge c.  Tornados d.  Torrential Rain