洪水是全球影响人数最多的自然灾害之一。
2024年5月2日
Nature
Communications
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开发了一种新型洪水预警系统，结合数字天气预报、水文模型和高分辨率水动力模型，提供洪水淹没地图和影响预测。该系统能够提前 17 小时预测超过百年一遇洪水的可能性，并生成与灾后评估结果一致的洪水淹没地图。未来需进一步提升系统预测精度、优化信息传播方式，并加强对极端事件的预测能力。
洪水是全球范围内影响人数最多的自然灾害之一，随着气候变化加剧，极端降雨事件和洪水的发生频率也在不断增加。传统的洪水预警系统通常只提供河流特定位置的水位预警，难以满足地方当局和民众对灾害影响的准确预测需求。
图1 A holistic end-to-end impact-based flood forecasting modelling chain.
为了解决这一问题，研究人员开发了一套全新的洪水预警系统，该系统集成了数值天气预报、水文预报、水动力模型和影响评估等多个模块，能够提供高分辨率的洪水淹没地图、流速预测，以及对建筑物和基础设施等潜在影响的评估。
图2 Ensemble predictions of precipitation and water levels from the ICON_D2_EPS-mHM chain.
该预警系统基于德国气象局最新的数值天气预报模型（ICON_D2_EPS），生成降雨量和水位预测的集合预报，并使用水文模型（mHM）对流域内的水位进行预测。随后，利用高分辨率水动力模型（RIM2D）模拟洪水淹没范围和流速，并结合 OpenStreetMap 等开放地理数据库，评估洪水对建筑物、道路和铁路等基础设施的影响。
图3 The maximum flood lead-time warning based on the ICON_D2_EPSmHM-RIM2D FEWS chain.
研究人员利用 2021 年欧洲夏季洪水事件对该系统进行了回溯性评估，结果表明，该预警系统能够在洪峰前 17 小时提供超过 50% 的概率预测，预测洪水将超过百年一遇的阈值，为地方当局和民众提供充足的预警时间。
此外，该系统生成的高分辨率洪水淹没地图与欧洲哥白尼应急管理服务（CEMS）提供的灾后评估结果高度一致，证明了其预测的准确性。
图4 Uncertainty representation of the forecasted inundated area downstream of the Altenahr gauge.
这项研究表明，随着水文和水动力模型以及计算能力的不断发展，高分辨率的洪水预警系统已成为现实。
该系统能够提供更丰富、更精准的洪水预警信息，帮助地方当局和民众更好地了解洪水的时空动态及其影响，从而做出更明智的决策，采取更有效的应对措施，最大限度地减少人员伤亡和经济损失。
尽管该预警系统已经取得了显著成果，但研究人员表示，仍有许多挑战需要克服，包括：
计算资源和数据需求，
预报不确定性，
信息传播，
极端事件预测。
研究人员相信，通过不断改进和完善，这种新型的洪水预警系统将为全球防灾减灾事业做出重要贡献，帮助人类更好地应对气候变化带来的挑战，保护生命财产安全。
论文信息：
Najafi, H., Shrestha, P.K., Rakovec, O.
et al.
High-resolution impact-based early warning system for riverine flooding.
Nat Commun
15
, 3726 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48065-y
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