一個完整的端到端基于影響的洪水預報建模鏈

氣候變化增加了洪水等極端事件發生的頻率。這加強了開發更精確和更快的洪水預報方法的必要性，以便在未來更好地保護人口。

來自亥姆霍茲環境研究中心(UFZ)和德國地球科學研究中心(GFZ)的一個研究小組在《自然通訊》上展示了一個洪水預報系統，該系統不僅提供及時的水位，還提供動態的高分辨率洪水淹沒地圖。研究人員已經能夠將各種預測模型結合起來，以精確預測洪水對單個建築物的影響。

近年來，洪水事件的時空預報研究取得了很大進展。因此，現在有可能在河流水位計的位置預測最大洪水水位。然而，到目前爲止，對洪水對城市和直轄市的影響的估計只是粗略的，甚至完全不准確，特別是對遠離測量地點的下遊地區的人們。然而，這一信息至關重要，因爲必須盡快提前通知受影響的人口，以便采取任何必要的疏散措施。

資深作者和UFZ建模師Luis Samaniego教授說:“我們需要的是一個最先進的早期洪水預警系統，它可以及時提供高分辨率的洪水預報，並指出洪水對單個建築物的影響。”這將是危機管理的一個關鍵改進。

在開發新的洪水預報系統的第一步中，來自兩個亥姆霍茲中心的研究人員將德國氣象局(NWP有限區域集合預報系統)的降水預報與UFZ開發的中尺度水文模型(mHM)結合起來。該模型不僅提供了水量信息，還提供了影響洪水發展的關鍵因素之一的土壤水分信息。

基于2021年7月Ahr流域災難性洪水的可用數據和一個由20個成員組成的集合預測系統，他們能夠以後發模式預測Altenahr水位的每小時洪峰流量。在這種方法中，他們估計了超過50年或100年洪水水平的可能性。

模擬結果顯示，15%的團隊成員可以提前47小時預測出百年一遇的洪水，因此比Ahr河谷的洪峰提前了近兩天。事件越臨近，超過當時定義的百年一遇水平的可能性就越大:75%的集合成員在洪峰前17小時預測了百年一遇的洪水，最後100%的人提前7小時預測了百年一遇的洪水。

該研究的主要作者、UFZ建模師Husain Najafi博士說:“如果一個綜合預測中75%的預測是100年一次的洪水，那麽它就很有可能發生。”

第二步，Helmholtz研究人員將mHM水文模型生成的河流流量與波茨坦GFZ開發的RIM2D水動力洪水模型相結合。RIM2D非常快速地模擬了淹沒動力學和洪水深度的演變。該模型的空間分辨率爲10米× 10米，首先可以每小時預測淹沒區域和深度，從而揭示特定建築物、街道、鐵路段、醫院或其他關鍵基礎設施的哪些位置和程度將受到洪水事件的影響。

“因此，主管當局和民衆不僅掌握了上遊30公裏可能的水位信息，還掌握了顯示洪水影響的高分辨率洪水地圖。例如，他們可以知道哪裏的人可能處于危險之中，或者誰必須撤離，”GFZ的水文學家謝爾蓋·沃羅古什恩博士說。

UFZ和GFZ聯合預報模型在重建Ahr流域極端洪水事件中通過了首次試驗。在今年夏天開始的進一步測試階段，自動化模型鏈將作爲亥姆霍茲氣候倡議第二階段的一部分，在巴登-符騰堡州的菲爾斯河和穆爾河的另外兩個集水區進行實時測試。

如果模型系統也通過了這一階段，則可以應用于洪水風險高的地區，特別是由于山洪暴發。這可以決定性地加強現有的洪水預警系統，並可以擴大預報的範圍，包括洪水的影響。這可以在未來顯著減少受影響的人口和財産損失。