Airports at climate change risk: a risk assessment and ranking methodology

Abstract

Climate change is an unequivocal reality with profound impacts on all critical infrastructure systems, including transport, energy, healthcare, communications and national security. Within the transport sector, airports hold a pivotal role in economic development, facilitating global connectivity, international trade and human mobility. Due to their strategic importance, significant investments are made to enhance their functionality, resilience and sustainability. However, despite adaptation measures adopted to protect airports and other critical infrastructure from climate, natural and technological hazards, reality has proven that all assets exposed to hazards remain vulnerable. Amongst climate change hazards, hydrological hazards associated with coastal and fluvial flooding, create the larger impacts in terms of damages, disruption of operations, fatalities and recovery costs. Coastal, riverine, floating airports or airports built on reclaimed land in the oceans are exposed as per their location to sea level rise and extreme precipitation hazards. Despite the increased level of airports’ vulnerability risk assessment remains insufficiently integrated into airport planning, design and decision making. This gap underscores an urgent need for robust and standardised risk assessment approaches across all critical infrastructure, as climate hazards are projected to escalate in frequency and intensity. In recent years, attention toward assessing airport-related climate risks has grown, with a primary focus on sea-level rise. However, the threat posed by riverine flooding—particularly from extreme precipitation—has been largely overlooked despite documented incidents of river overflow impacting airports. This is a critical gap in the literature that this dissertation aims to cover. A key challenge in literature is the absence of a common and widely accepted methodology for assessing airports risk to climate extremes. The problem arises from the fuzzy use of the risk concept, the lack of standardised risk terms and failures in the interpretation of risk factors. In most cases risk assessment is conducted based on subjective criteria without further justification, which could lead to a more realistic climate risk assessments and false decision making with respect to safety, adaptation needs and resilience investments. Most researchers perceive climate risk as a function of the likelihood of climate hazard occurrence and its impacts, which is expressed as a function of Likelihood and Impact, R=Likelihood x Impact. Although this is a general formula that is widely used, it is not adequate to be implemented on all types of hazards and all disciplines, as it misses the basic concept of vulnerability. In most cases vulnerability is often underestimated and is implied by the impact and vice versa. The vulnerability assessment of airports and critical infrastructure is vital in decision making. Vulnerability ranking alone contributes to the identification of the more vulnerable airports, for which further risk assessment is necessary. Thus, instead of processing risk assessment procedures for all airports, risk assessment procedures can be limited to the airports that present higher vulnerability. Hence, in this approach time and financial resources are saved.In the case of airports’ climate change risk, researchers also approach risk from another perspective according to which, risk is defined by the hazard, exposure and vulnerability and is expressed as: Risk=Hazard x Exposure x Vulnerability. However, this risk function also presents severe ambiguities, deriving from the fact that exposure is not incorporated into vulnerability and the elimination of the concept of impact from risk assessment process. This approach reveals also severe misconceptions, deficiencies and ambiguities in the airports’ climate change risk assessment methodologies that have been developed and applied by researchers and needing further consideration. Another noticeable issue with respect to airports climate change risk assessment methodologies, is associated with the huge variability in the methods for assessing the occurrence likelihood of hazards, which are not assessed on a common basis and which can lead to differentiation in risk calculations. To address these shortcomings, this study proposes the development of an evidence-based model for assessing the risk of airports to climate extremes, focusing on flood occurrences generated by sea level rise and extreme precipitation. The scope of this research the development of an Airport Flood Risk Assessment Model (AFRA-M) that could be easily understood by all stakeholders and policy makers and easily implemented on all airports around the world. AFRA-M is designed for clarity, ease of use by stakeholders and policymakers and adaptability across global airport infrastructures. It addresses the limitations of existing models, including ambiguous terminology, reliance on complex hydraulic tools and uncertainties in adaptation effectiveness. Also, this dissertation provides a flood risk assessment model that can be used during emergency situations that require swift and effective decision making. The applicability of AFRA-M can be extended and implemented on other critical infrastructure, networks, systems in other sectors, public and private. as well as on private properties and various sectors. The adoption of the systematized AFRA-M enhances the accuracy of risk assessment and risk ranking, which is essential for more effective adaptation planning and prioritization of resilience investments.

Η κλιματική αλλαγή αποτελεί μια αδιαμφισβήτητη πραγματικότητα με σοβαρές επιπτώσεις σε όλα τα συστήματα κρίσιμων υποδομών, συμπεριλαμβανομένων των μεταφορών, της ενέργειας, της υγειονομικής περίθαλψης, των επικοινωνιών και της εθνικής ασφάλειας. Στον τομέα των μεταφορών, τα αεροδρόμια διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην οικονομική ανάπτυξη, διευκολύνοντας την παγκόσμια συνδεσιμότητα, το διεθνές εμπόριο και την κινητικότητα των ανθρώπων. Λόγω της στρατηγικής τους σημασίας, πραγματοποιούνται σημαντικές επενδύσεις για την ενίσχυση της λειτουργικότητας, της ανθεκτικότητας και της βιωσιμότητάς τους. Ωστόσο, παρά τα μέτρα προσαρμογής που έχουν υιοθετηθεί για την προστασία των αεροδρομίων και άλλων κρίσιμων υποδομών από κλιματικούς, φυσικούς και τεχνολογικούς κινδύνους, η πραγματικότητα αποδεικνύει ότι όλα τα εκτεθειμένα σε φυσικούς κινδύνους στοιχεία παραμένουν ευάλωτα. Μεταξύ των κινδύνων που σχετίζονται με την κλιματική αλλαγή, οι υδρολογικοί κίνδυνοι που σχετίζονται με παράκτιες και ποτάμιες πλημμύρες προκαλούν τις μεγαλύτερες επιπτώσεις σε όρους ζημιών, διακοπής λειτουργίας, ανθρώπινων απωλειών και κόστους αποκατάστασης. Παράκτια, παραποτάμια, πλωτά αεροδρόμια ή αεροδρόμια που είναι χτισμένα σε ανακτημένες από τη θάλασσα γη, εκτίθενται λόγω της θέσης τους στην άνοδο της στάθμης της θάλασσας και σε έντονες βροχοπτώσεις. Παρά την αυξανόμενη ευαλωτότητα των αεροδρομίων, η εκτίμηση της επικινδυνότητας παραμένει ανεπαρκώς ενσωματωμένη στον σχεδιασμό, τη μελέτη και τη λήψη αποφάσεων. Αυτό το κενό αναδεικνύει την επείγουσα ανάγκη για ισχυρές και τυποποιημένες προσεγγίσεις εκτίμησης επικινδυνότητας για όλες τις κρίσιμες υποδομές, καθώς οι κλιματικοί κίνδυνοι προβλέπεται να αυξηθούν σε συχνότητα και ένταση.Τα τελευταία χρόνια, το ενδιαφέρον για την εκτίμηση των κλιματικής επικινδυνότητας που σχετίζονται με τα αεροδρόμια έχει αυξηθεί, με κύρια έμφαση στην άνοδο της στάθμης της θάλασσας. Ωστόσο, η απειλή των ποτάμιων πλημμυρών—ιδίως λόγω έντονων βροχοπτώσεων—έχει σε μεγάλο βαθμό παραβλεφθεί, παρά τα τεκμηριωμένα περιστατικά υπερχείλισης ποταμών που επηρεάζουν αεροδρόμια. Αυτό αποτελεί κρίσιμο κενό στη βιβλιογραφία, κάτι που στοχεύει να καλύψει η παρούσα διατριβή. Ένα βασικό πρόβλημα στη βιβλιογραφία είναι η απουσία μιας κοινώς και ευρέως αποδεκτής μεθοδολογίας για την εκτίμηση της επικινδυνότητας των αεροδρομίων έναντι των ακραίων κλιματικών φαινομένων. Το πρόβλημα προκύπτει από την ασαφή χρήση της έννοιας της επικινδυνότητας, την έλλειψη τυποποιημένων όρων και σχέσεων καθώς και τις αποτυχίες στην ερμηνεία των παραγόντων επικινδυνότητας. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η εκτίμηση κινδύνου πραγματοποιείται με βάση υποκειμενικά κριτήρια χωρίς περαιτέρω αιτιολόγηση, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ανακριβείς αξιολογήσεις και λανθασμένες αποφάσεις αναφορικά με την ασφάλεια, τις ανάγκες προσαρμογής και τις επενδύσεις ανθεκτικότητας. Οι περισσότεροι ερευνητές αντιλαμβάνονται την κλιματική επικινδυνότητα ως συνάρτηση της πιθανότητας εμφάνισης ενός κλιματικού κινδύνου και των επιπτώσεών του, εκφραζόμενο ως: Επικινδυνότητα = Πιθανότητα × Επίπτωση. Αν και αυτός ο γενικός τύπος είναι ευρέως χρησιμοποιούμενος, δεν είναι κατάλληλος για όλες τις μορφές κινδύνων και όλους τους επιστημονικούς κλάδους, καθώς παραλείπει την έννοια της ευαλωτότητας. Συνήθως η ευαλωτότητα υποτιμάται ή ταυτίζεται λανθασμένα με την επίπτωση. Η αξιολόγηση της ευαλωτότητας των αεροδρομίων και των κρίσιμων υποδομών είναι κρίσιμη για τη λήψη αποφάσεων. Η ιεράρχηση της ευαλωτότητας, από μόνη της, βοηθά στην αναγνώριση των πιο ευάλωτων αεροδρομίων που απαιτούν περαιτέρω εκτίμηση επικινδυνότητας. Έτσι, η αξιολόγηση επικινδυνότητας μπορεί να περιοριστεί στα πιο ευάλωτα αεροδρόμια, εξοικονομώντας χρόνο και πόρους. Εναλλακτικά, κάποιοι ερευνητές ορίζουν την επικινδυνότητα ως το εμβαδό του κινδύνου εκδήλωσης κλιματικού κινδύνου, της έκθεσης στον κίνδυνο και της ευαλωτότητας, ως Επικινδυνότητα = Κίνδυνος × Έκθεση × Ευαλωτότητα. Ωστόσο, και αυτή η προσέγγιση παρουσιάζει σοβαρές ασάφειες, καθώς η έκθεση δεν ενσωματώνεται στην ευαλωτότητα, ενώ η έννοια της επίπτωσης απουσιάζει παντελώς από τη διαδικασία αξιολόγησης. Αυτό οδηγεί σε εσφαλμένες ερμηνείες και μεθοδολογικές αδυναμίες στις υπάρχουσες μελέτες. Ένα ακόμη πρόβλημα στις μεθοδολογίες εκτίμησης επικινδυνότητας αποτελεί η μεγάλη διαφοροποίηση στις μεθόδους προσδιορισμού της πιθανότητας εμφάνισης των κινδύνων, καθώς δεν βασίζονται σε ένα κοινό υπόβαθρο, οδηγώντας έτσι σε διαφορετικές εκτιμήσεις. Για να αντιμετωπιστούν αυτά τα κενά, η παρούσα μελέτη προτείνει την ανάπτυξη ενός ακριβούς και ευρέως αποδεκτού μοντέλου εκτίμησης της επικινδυνότητας των αεροδρομίων έναντι των ακραίων κλιματικών φαινομένων, με έμφαση στις πλημμύρες από άνοδο της στάθμης της θάλασσας και τις ποτάμιες πλημμύρες λόγω έντονων βροχοπτώσεων. Ο στόχος είναι η δημιουργία του Μοντέλου Εκτίμησης Πλημμυρικής Επικινδυνότητας στα Αεροδρόμια (AFRA-M), το οποίο θα είναι κατανοητό από όλους τους εμπλεκόμενους φορείς και εύκολα εφαρμόσιμο σε όλα τα αεροδρόμια παγκοσμίως. Το AFRA-M έχει σχεδιαστεί ώστε να είναι σαφές, εύχρηστο και ευέλικτο, ενώ αντιμετωπίζει τις ελλείψεις των υφιστάμενων μοντέλων, όπως η ασαφής ορολογία, η εξάρτηση από πολύπλοκα υδραυλικά εργαλεία και η αβεβαιότητα ως προς την αποτελεσματικότητα των μέτρων προσαρμογής. Επιπλέον, η διατριβή προτείνει ένα μοντέλο εκτίμησης πλημμυρικής επικινδυνότητας το οποίο μπορεί να εφαρμοστεί και σε συνθήκες έκτακτης ανάγκης, όπου απαιτείται ταχεία, άμεση και αποτελεσματική λήψη αποφάσεων. Η εφαρμογή του AFRA-M μπορεί να επεκταθεί και σε άλλες κρίσιμες υποδομές, δίκτυα, συστήματα καθώς και ιδιωτικές περιουσίες. Η υιοθέτηση του συστηματοποιημένου AFRA-M ενισχύει την ακρίβεια της εκτίμησης και κατάταξης της επικινδυνότητας, συμβάλλοντας στον εντοπισμό των πραγματικών αναγκών για προσαρμογής και ανθεκτικότητα καθώς και την ιεράρχηση των σχετικών επενδύσεων.