国家水文模型：预测未来

在美国，就生命和财产损失而言，洪水灾害是代价最高的自然灾害事件之一。 仅在过去 20 年中，美国总统宣布的重大灾害中就有近 60% 是洪水事件，其中至少有 20 次造成的损失超过了 10 亿美元。

目前的水资源预测基础是由美国地质勘探局 (USGS) 维护的包含约 8000 个流量计的网络。 仪表提供了实时水位数据，预报人员使用这些数据来预测仪表上游和下游的水位特征。 尽管现有的仪表网络被系统地设计为用于生成最全面的水量预测，但目前，只有 3% 的美国河流和溪流里程位于仪表下游（图 1）。 这表示存在明显服务差距，尤其是在发生洪水事件的情况下。

面对加强水资源预测和制图的期望和需求，美国国家海洋与大气管理局 (NOAA) 已着手通过国家水文模型 (NWM) 转变国家的水资源预测能力，这是 21 世纪在水资源预测方面的一项举措。 NWM 结合了先进的建模功能、精确的地形制图和实时观测（来自 USGS 流量计），可以生成针对全国 270 万条河流（图 2）或 330 万英里水道派生的客观的高保真 "街道水平" 流量预测。

NWM 的这种演变部分归功于 NOAA 与 Esri 的合作。 从 2014 年开始，NOAA 水资源预测办公室 (OWP) 与 Esri 工程师合作探索了企业地理信息系统 (EGIS) 的概念，该系统可以作为研究和开发地理空间活动的引擎，为 NWM 和发展分析数据服务提供支持。 这不仅有助于模型开发，还有助于探索可以从模型输出中收集的情报。 2016 年，通过 Esri 企业优势计划 (EEAP) 和在 NOAA/国家气象局 (NWS) 国家水资源中心部署 ArcGIS Enterprise，实现了此 EGIS。 该系统现已到位，包括一个前端门户以及一组 ArcGIS Server 站点。

2018 年 3 月 6 日，NOAA 实施了国家水文模型 1.2 版，该模型建立在先前版本的成功基础上，并可以生成更准确的流量分析和预测。 之所以能够实现更高准确度，部分是由于纳入模型的观测点数量大幅增加，其中包括新增的 680 个 USGS 流量计（增加近 10%），这为改进模型对流量的模拟提供了帮助。 总而言之，1.2 版提供的更高精确度将为日常水资源管理和高影响事件期间的决策提供优势。 目前，EGIS 正用于测试和开发实验数据服务，这些服务可以支持 NWS 河流预测中心对当前和预测的水资源状况的常规水文简报。 NWC EGIS 还是一系列地图服务和 Web 应用程序的中心，可以将 NWM 的输出置于最终用户的上下文中。

接下来，国家水文模型 2.0 版将于 2019 年初发布。 2.0 版将首次覆盖夏威夷，为预测人员、应急响应人员、水资源管理人员和岛上的其他人员提供了流量和其他水文指导。 这也代表了在与天气、水文和气候企业合作方面向前迈出的重要一步，这是国家气象局构建 Weather Ready Nation 愿景的关键组成部分。 作为 2.0 版升级的一部分，国家水文模型代码将被组织成一系列可检索的库，这些库将免费开放以供联邦政府以外的人员使用。 这种社区发展方法为创建地理特定解决方案、增值解决方案和定制解决方案打开了大门，这些解决方案将缩小科学与需要水资源信息以实现保护和提供支持的人群之间的差距。

或许最令人兴奋的新兴功能是将官方 NWS 河流预测中心的预测转换为一组实验性洪水泛滥制图服务的数据服务。 这些演示性服务将开启一个基于影响的水资源预测决策支持服务的新时代。

国家水文模型代表了应对未来水资源挑战的进步飞跃。 随着时间的推移和与 Esri 的持续合作，国家气象局预测人员将更多的利用国家水文模型输出来补充传统的水资源预测，从而提供更好、更及时的预测，以满足利益相关者不断增长的需求。