The National Water Model: прогнозирование будущего

В США стихийные бедствия, вызванные наводнениями, представляют собой одни из самых дорогостоящих опасных природных явлений с точки зрения как человеческих, так и материальных потерь. Только за последние 20 лет почти 60 процентов заявлений, сделанных президентом США, о крупных стихийных бедствиях, касались наводнений, и по меньшей мере 20 из них привели к ущербу, превышающему 1 миллиард долларов.

В настоящее время основой для прогнозирования водных ресурсов является сеть из ~ 8000 датчиков потока, обслуживаемая Геологической службой США (USGS). Датчики предоставляют данные об уровне воды в режиме реального времени, которые, в свою очередь, используются синоптиками для прогнозирования характеристик уровня воды выше и ниже по течению от датчика. Несмотря на то, что существующая сеть датчиков была методически разработана для получения наиболее полных прогнозов водных ресурсов, в настоящее время только 3 процента всех миль рек и ручьев США находятся ниже по течению от датчика (рисунок 1). Это представляет собой явный пробел, особенно в случае наводнений.

Столкнувшись с желанием и необходимостью улучшения прогнозов и составления карт водных ресурсов, Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) приступило к преобразованию национальных возможностей прогнозирования водных ресурсов с помощью Национальной водной модели (NWM), подхода к прогнозированию водных ресурсов двадцать первого века. NWM сочетает в себе расширенные возможности моделирования, точное топографическое картирование и наблюдения в режиме реального времени (с помощью датчиков потока USGS) для получения объективно полученных высокоточных прогнозов "уличного уровня" стока на 2,7 млн водотоков по всей стране (рис. 2) - или 3,3 млн миль водных путей.

Такое развитие NWM частично обусловлено партнерством NOAA с Esri. Начиная с 2014 года Управление прогнозирования водных ресурсов (OWP) NOAA совместно с инженерами Esri изучало концепцию корпоративной географической информационной системы (EGIS), которая могла бы стать двигателем исследований и разработок в области геопространственной деятельности для поддержки NWM, а также разработки служб аналитических данных. Это помогло бы не только в разработке модели, но и в изучении данных, которые можно было бы извлечь из результатов моделирования. В 2016 году EGIS стал реальностью благодаря Программе Esri Enterprise Advantage Program (EEAP) и развертыванию ArcGIS Enterprise в Национальном водном центре NOAA/Национальной метеорологической службы (NWS). Эта система действует уже сегодня и включает в себя интерфейсный портал, а также набор сайтов ArcGIS Server.

6 марта 2018 года NOAA внедрило версию 1.2 Национальной водной модели, которая основывается на успехе предыдущих версий и дает более точные анализы и прогнозы стока. Более высокая степень точности отчасти объясняется значительным увеличением числа наблюдений, включенных в модель, включая дополнительные 680 датчиков потока USGS (увеличение почти на 10 процентов), чтобы помочь улучшить моделирование потока в модели. В целом, более высокая степень точности, обеспечиваемая версией 1.2, принесет дивиденды как для обычного управления водными ресурсами, так и для принятия решений во время событий с высокой отдачей. EGIS используется для тестирования и разработки служб экспериментальных данных, которые поддерживают регулярные гидрологические брифинги о текущем и прогнозируемом состоянии водных ресурсов из Центров прогнозирования рек NWS. NWC EGIS также является центром для ряда картографических сервисов и веб-приложений, которые размещают выходные данные NWM в контексте для конечного пользователя.

Следующая версия 2.0 Национальной водной модели должна выйти в начале 2019 года. Версия 2.0 впервые обеспечит покрытие Гавайев, предоставляя информацию о потоках и другие гидрологические рекомендации синоптикам, службам реагирования на чрезвычайные ситуации, управляющим водными ресурсами и другим лицам на островах. Это также станет важным шагом вперед в сотрудничестве с метеорологическими, водными и климатическими предприятиями — ключевым компонентом концепции Национальной метеорологической службы по созданию страны, готовой к погодным условиям. В рамках обновления до версии 2.0, Национальный водный модельный кодекс будет организован в серию извлекаемых библиотек, что сделает их бесплатными и открытыми для использования лицами, не входящими в федеральное правительство. Этот подход к развитию сообщества открывает двери для создания географически специфичных, с добавленной стоимостью и индивидуальных решений, которые сократят разрыв между наукой и людьми, которым нужна информация о водных ресурсах для их защиты и поддержки.

Возможно, наиболее интересными из новых возможностей являются службы передачи данных, которые преобразуют официальные прогнозы Центра прогнозирования рек NWS в набор экспериментальных сервисов картографирования наводнений. Эти демонстрационные сервисы откроют эру новых услуг поддержки принятия решений на основе воздействия для прогнозирования водных ресурсов.

National Model Water представляет собой прогрессивный шаг к решению водных проблем завтрашнего дня. Со временем, и при продолжающемся партнерстве с Esri, результаты National Water Model будут по-прежнему чаще использоваться прогнозистами Национальной метеорологической службы в дополнение к традиционным прогнозам водных ресурсов и предоставлять более точные и своевременные прогнозы для удовлетворения растущих потребностей заинтересованных сторон.