System kierowania powodzią błyskawiczną

System kierowania powodzią błyskawiczną (FFGS) został zaprojektowany i opracowany przez Hydrologic Research Center , organizację pożytku publicznego typu non-profit z siedzibą w San Diego, Kalifornia, USA, do użytku przez prognostów meteorologicznych i hydrologicznych na całym świecie. Głównym celem FFGS jest dostarczanie prognostom operacyjnym i agencjom zarządzania kryzysowego informacji w czasie rzeczywistym dotyczących zagrożenia powodziami błyskawicznymi na małą skalę w określonym regionie.

System FFGS zapewnia ostrzeżenia o powodziach w oparciu o zdalnie wykrywane opady (np. szacunki opadów na podstawie radaru i satelity) oraz modele hydrologiczne. Obsługuje analizę zdarzeń związanych z pogodą, które mogą zainicjować gwałtowne powodzie (np. ulewne deszcze, opady deszczu na nasyconych glebach) i zawiera korekty oparte na lokalnych informacjach pogodowych. System umożliwia ocenę zagrożenia powodzią błyskawiczną w przedziałach czasowych od godziny do sześciu godzin dla dorzeczy o powierzchni od 25 do 200 km ² .

Elementy techniczne

Ważnymi elementami technicznymi systemu kierowania powodzią błyskawiczną jest opracowanie i wykorzystanie radarowego i/lub satelitarnego pola szacowania opadów z korekcją błędu wstępnego oraz wykorzystanie modelowania hydrologicznego powierzchni lądu. Następnie system dostarcza informacji na temat opadów deszczu i reakcji hydrologicznej, dwóch ważnych czynników określających możliwość wystąpienia gwałtownej powodzi. System oparty jest na koncepcji kierowania powodzią błyskawiczną i zagrożenia powodzią błyskawiczną . Oba wskaźniki dostarczają użytkownikowi informacji potrzebnych do oceny możliwości wystąpienia gwałtownej powodzi, w tym oceny niepewności związanej z danymi.

Prognoza powodzi błyskawicznej to ilość opadów deszczu o określonym czasie trwania w małym dorzeczu, potrzebna do wywołania niewielkich warunków powodziowych (pełnych brzegów) u wylotu dorzecza. W przypadku wystąpienia powodzi błyskawicznej ocenia się czas trwania do sześciu godzin, a obszary dorzeczy mają taką wielkość, aby umożliwić dość dokładne oszacowanie opadów na podstawie danych teledetekcyjnych i danych in-situ. Wskazówki dotyczące powodzi błyskawicznych są zatem wskaźnikiem, który wskazuje, ile opadów jest potrzebnych do pokonania zdolności magazynowania gleby i kanałów oraz do spowodowania minimalnej powodzi w dorzeczu.
Zagrożenie powodzią błyskawiczną to ilość opadów deszczu w danym czasie przekraczająca odpowiednią wartość orientacyjną powodzi błyskawicznej. Zagrożenie powodzią błyskawiczną, gdy jest używane z istniejącymi lub prognozowanymi opadami deszczu, jest wskaźnikiem, który wskazuje obszary, na których zbliża się lub wystąpi powódź i gdzie natychmiastowe działania są lub będą wkrótce potrzebne.

Tło i podstawy naukowe

W lutym 2009 r. podpisano memorandum o porozumieniu między Światową Organizacją Meteorologiczną, Amerykańską Agencją ds. Rozwoju Międzynarodowego/Biurem ds. Zagranicznej Pomocy w przypadku Katastrof, Amerykańską Narodową Administracją Oceaniczną i Atmosferyczną/National Weather Service oraz Centrum Badań Hydrologicznych w celu współpracy w ramach wspólnej inicjatywy wdrożenia systemu FFG na całym świecie. Porozumienie obowiązuje do 2017 r. Do tej pory kraje, w których systemy FFG zostały wdrożone na mocy niniejszego Porozumienia, to:

Siedem krajów w Ameryce Środkowej (satelitarny system oparty na opadach);
Cztery kraje nadbrzeżne dorzecza dolnego Mekongu (satelitarny system oparty na opadach);
Haiti/Republika Dominikańska (satelitarny system oparty na opadach);
Pakistan (satelitarny system oparty na opadach);
Osiem krajów regionu Morza Czarnego na Bliskim Wschodzie (opad satelitarny - i wieloradarowy system oparty na opadach);
Siedem krajów Afryki Południowej (satelitarny system oparty na opadach); I,
Chiapas, Meksyk (pojedynczy radarowy system oparty na opadach).

Inne implementacje FFG (nieobjęte protokołem ustaleń) obejmują:

Rumunia (wiele radarowych systemów opartych na opadach); I,
Republika Południowej Afryki (opad satelitarny - i system oparty na wielu radarach).

Te systemy operacyjne obsługują ponad 2,2 miliarda ludzi.

Krótkoterminowe prognozy operacyjne powodzi błyskawicznych różnią się od prognoz powodzi na dużych rzekach pod kilkoma względami (tabela 1). Warto zauważyć, że krótkie czasy realizacji prognozy, ostrzeżenia i reagowania sprawiają, że operacyjne przewidywanie powodzi błyskawicznych jest trudne, a jednocześnie sprawia, że jest to problem hydrometeorologiczny (a nie problem czysto hydrologiczny). Co więcej, ich potencjalne wystąpienie o każdej porze dnia i nocy wymaga całodobowych działań w celu prognozowania i ostrzegania przed gwałtownymi powodziami.

Podejście do opracowywania ostrzeżeń o powodziach błyskawicznych opiera się na porównaniu w czasie rzeczywistym obserwowanej lub prognozowanej wielkości opadów w danym czasie i nad daną zlewnią z charakterystyczną objętością opadów w tym czasie i zlewnią, która generuje warunki pełnego przepływu brzegowego w wylot zlewni. Jeśli obserwowana lub prognozowana wielkość opadów jest większa niż charakterystyczna wielkość opadów, wówczas prawdopodobna jest powódź w zlewni. Charakterystyczna objętość opadów dla danej zlewni i czasu trwania, zwana „wskazaniem powodzi błyskawicznych”, zależy od charakterystyki zlewni i sieci melioracyjnej oraz deficytu wody glebowej określonego przez opady poprzedzające, ewapotranspirację i utratę wód gruntowych.

Podejście do zarządzania powodziami błyskawicznymi spełnia specjalne wymagania operacyjnego przewidywania powodzi błyskawicznych i różni się zasadniczo od zwykłych podejść do modelowania hydrometeorologicznego, w szczególności rozproszonego modelowania hydrologicznego. W tabeli 2 przedstawiono różnice między tymi dwoma podejściami. Należy zwrócić uwagę na możliwość zapewnianą przez podejście do naprowadzania na powodzie błyskawiczne w zakresie lokalnych dostosowań. Korekty te są niezbędne do wiarygodnego operacyjnego prognozowania powodzi błyskawicznych na małą skalę, ponieważ poprzednie badania wykazały rosnącą niepewność związaną nawet z symulacjami (a nie przewidywaniami) rozproszonych modeli hydrologicznych ze zmniejszającą się powierzchnią zlewni, gdy wykorzystywane są operacyjnie dostępne dane.

Tabela 1: Różnice w przewidywaniu operacyjnym powodzi na dużych rzekach i powodzi błyskawicznych

Powodzie na dużych rzekach	Błyskawiczne powodzie
Reakcja zlewni zapewnia długie czasy realizacji	Reakcja zlewni jest bardzo szybka i pozwala na bardzo krótkie czasy realizacji
Całe hydrografy mogą być tworzone z niską niepewnością i dobrą jakością danych	Przewidywanie wystąpienia ma pierwszorzędne znaczenie
Informacje lokalne mniej wartościowe	Informacje lokalne są bardzo cenne
Przede wszystkim problem prognozowania hydrologicznego	Prawdziwie hydrometeorologiczny problem prognozowania
Daje czas na koordynację reagowania na powódź i łagodzenia szkód	Koordynacja prognozowania i reagowania w czasie rzeczywistym stanowi wyzwanie, przy czym konieczne jest staranne planowanie i koordynacja między agencjami zajmującymi się prognozowaniem i zarządzaniem klęskami żywiołowymi

Tabela 2: Różnice między rozproszonym modelowaniem hydrometeorologicznym a podejściem do prowadzenia powodzi błyskawicznych

Modelowanie rozproszone	Wytyczne dotyczące powodzi błyskawicznej
Narzędzie do krótko- i długoterminowego prognozowania powodzi	Narzędzie diagnostyczne przydatne do szybkiej diagnozy powodzi błyskawicznej i krótkoterminowego przewidywania jej wystąpienia
Całe hydrogramy można wytwarzać z dużą niepewnością w małych skalach	Oszacowuje tylko pełne przepływy i wykorzystuje je do przewidywania zagrożeń
Trudno przetworzyć informacje o lokalnych opadach po cyklu modelowym	Łatwo przyswaja najświeższe informacje o lokalnych opadach
Niezręczne dla lokalnych użytkowników wprowadzanie zmian potrzebnych do lokalnego ostrzeżenia o gwałtownej powodzi	Projekt ułatwia i zachęca lokalnych użytkowników do wprowadzania łatwych dostosowań
Drogie działanie w czasie rzeczywistym na bardzo dużych obszarach z wysoką rozdzielczością	Może spojrzeć na wszystkie dorzecza podatne na gwałtowne powodzie na dużych obszarach w sposób ekonomiczny

Naukowe elementy systemu ostrzegania przed powodziami błyskawicznymi wykorzystują dostępne w czasie rzeczywistym dane ze stacji pomiarowych in-situ i platform teledetekcyjnych, odpowiednio dostosowane w celu zmniejszenia błędu systematycznego, wraz z fizycznymi lub koncepcyjnymi modelami rozliczania wody glebowej w celu opracowania szacunkowych wskazówek dotyczących powodzi błyskawicznych o różnym czasie trwania nad małymi zlewniami narażonymi na gwałtowne powodzie.

W pierwszej kolejności, w warunkach nasycenia gleby, szacuje się opady o zadanym czasie trwania, które powodują, że szczyt spływu powierzchniowego ze zlewni powoduje pełny przepływ brzegowy u wylotu zlewni. Następnie deficyt wody w glebie jest obliczany w bieżącym czasie na podstawie dostępnych danych, a transformacja opadów wymaganych do wytworzenia pełnego przepływu brzegowego u ujścia strumienia w warunkach nasycenia gleby do tego, który jest potrzebny do bieżącego deficytu wody w glebie (tj. wytyczne przeciwpowodziowe). Oszacowanie deficytu wody glebowej wymaga dobrej jakości danych wejściowych oraz; w przypadku danych radarowych i satelitarnych stosowany jest adaptacyjny estymator stanu w celu zmniejszenia błędu systematycznego poprzez wykorzystanie danych z deszczomierzy raportujących w czasie rzeczywistym.

Kluczowe komponenty techniczne systemu FFG pokazano na poniższym schemacie.

Komponenty techniczne systemu FFG

Produkty Forecaster Rodzaje produktów dostępnych dla prognostów różnią się w zależności od potrzeb i wymagań firmy FFGS. Poniżej znajduje się typowy interfejs użytkownika prognosty.

Błyskawiczny interfejs wskazówek dotyczących powodzi

Produkty śniegowe interfejsu systemu FFG

Typy produktów dostępnych dla prognosty za pośrednictwem tego interfejsu obejmują:

RADAR Opady — prognozy opadów na podstawie radaru
Opady MWGHE - Szacunki opadów satelitarnej (globalny hydroestymator US NOAA-NESDIS (oparty na podczerwieni) i skorygowany przez satelitarny produkt opadów atmosferycznych NOAA-CPC CMORPH w USA)
GHE Precipitation – US NOAA-NESDIS Global HydroEstimatOR SATELITE Szacunki opadów
Gauge MAP - Średnie opady powierzchniowe (MAP) oparte na mierniku dla obszarów dorzeczy
Scalona MAP - Scalone średnie opady powierzchniowe dla obszarów dorzeczy strumieni (najlepsze dostępne szacunki średnich opadów powierzchniowych z RADAR-u skorygowanego odchyleniem lub MWGHE skorygowanego odchylenia lub GHE skorygowanego odchylenia lub interpolacji miernika)
ASM – Średnia wilgotność gleby (na podstawie modelu)
FFG – Wskazówki dotyczące błyskawicznej powodzi
IFFT – bezpośrednie zagrożenie powodzią błyskawiczną (bieżąca „obserwacja” zagrożenia powodzią błyskawiczną)
PFFT – Trwałe zagrożenie powodzią błyskawiczną („prognoza” zagrożenia powodzią błyskawiczną z trwałością używaną jako prognoza opadów)
Prognoza ALADIN - Ilościowa prognoza opadów (w tym przykładzie z mezoskalowego modelu ALADIN)
FMAP - Prognozowane średnie opady powierzchniowe dla obszarów dorzeczy (przy użyciu prognoz opadów z modelu mezoskalowego)
FFFT - Prognoza zagrożenia powodzią błyskawiczną (przy użyciu prognoz opadów deszczu z modelu mezoskalowego)
Gauge MAT - Średnia temperatura powierzchniowa oparta na mierniku dla obszarów dorzeczy
Najnowszy IMS SCA - Frakcja pokrywy śnieżnej obszaru dorzecza strumienia (z US NOAA-NESDIS)
SWE – Oparty na modelu równoważnik wody śnieżnej dla obszarów dorzeczy (odzwierciedla stan pokrywy śnieżnej)
Topnienie - topnienie śniegu (skumulowane topnienie w okresie 24–96 godzin dla każdego obszaru dorzecza potoku)
Stacje mierników SurfMet – dostępne powierzchniowe stacje meteorologiczne

Produkty z systemu FFG są przeznaczone do oceny, interpretacji, regulacji i użytkowania przez operatorów posiadających wiedzę meteorologiczną i/lub hydrologiczną.

Zobacz też

Linki zewnętrzne