歐洲洪水預警系統

歐洲洪水預警系統（European Flood Awareness System，EFAS）是歐盟委員會發起的一項旨在提升歐洲河流洪水應對能力的倡議。

2002年，易北河和多瑙河發生的災難性洪水使歐盟委員會面臨來自不同來源且質量參差不齊的洪水預警資訊，這給規劃和組織救援工作帶來了困難。為了應對這一事件，歐盟委員會啟動了歐洲洪水預警系統（EFAS）的開發工作，以提高歐洲的洪水防備能力。根據歐盟委員會2002年關於易北河和多瑙河洪水的公報，歐盟委員會聯合研究中心（Joint Research Centre, JRC）被指派負責開發EFAS。該系統的開發得到了歐盟內部貿易總司、歐盟人道主義援助總司、歐洲議會以及德國、捷克共和國、奧地利、匈牙利和斯洛伐克通過派遣國家專家提供的財政支持。

EFAS的目標是在重大洪水事件發生前，為防洪準備工作爭取時間，尤其針對跨國河流流域，無論是在成員國層面還是歐洲層面。EFAS通過向各國水文部門提供補充性、增值資訊，並及時向歐洲應急與協調中心（European Response and Coordination Centre）通報正在發生的洪水情況及潛在洪水風險，從而實現其目標。

2005年至2010年期間，EFAS在實時模式下進行了測試，最初僅與各國水文部門合作，隨後也與歐洲民事保護部門合作。2011年，EFAS成為哥白尼計劃初始運營階段（COPERNICUS Initial Operations）緊急管理服務的一部分，並為歐洲民事保護提供支持。EFAS的運行組件已外包給成員國的相關機構，自2012年秋季起，EFAS正式全面投入運行。

## EFAS的運行情況

歐洲洪水預警系統（EFAS）是首個在歐洲範圍內監測和預測洪水的實用運行系統。它可向合作夥伴——各國水文部門及歐洲應急與協調中心（ERCC）——提供提前最多10天的機率性洪水預警資訊。

EFAS的運行組件已外包給不同機構：

- 水文數據收集中心：外包給西班牙財團（Rediam 和 Soologic）。
- 氣象數據收集中心：外包給KISTERS AG及德國氣象局（Deutscher Wetterdienst）。
- 計算中心：外包給歐洲中期天氣預報中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）。
- 資訊發布中心：外包給瑞典、荷蘭和斯洛伐克的水文氣象服務聯合財團。

EFAS自2012年10月起全面投入運行，提供全年無休的服務。2013年6月的中歐洪水事件是EFAS首次在大規模危機中向ERCC提供主動預報和報告的實例。

## 歷史背景

過去幾十年，歐洲發生了多次跨國範圍的嚴重河流洪水。有研究表明，跨境洪水往往在規模上更為嚴重，影響範圍更大，造成的死亡人數更多，經濟損失也比非共享河流洪水更為嚴重。歐洲環境署（EEA）估計，1998年至2002年間，歐洲洪水造成約700人死亡，約50萬人被迫遷移，保險經濟損失至少達250億歐元（EEA, 2003）。某些流域在短短幾年內多次遭受洪水侵襲，例如1993年和1995年的萊茵河與默茲河洪水，或1994年和2000年的波河洪水。

2002年夏季，易北河和多瑙河流域的災難性洪水成為各國國家主管部門及歐盟委員會的警鐘，促使他們探索新的洪水防治策略，特別是針對共享同一流域的國家之間的協調行動。在2002年洪水之後不久，歐盟委員會在《COM(2002)-481號公報》中宣布開發歐洲洪水預警系統（EFAS）（http://www.efas.eu）。此後，歐洲又經歷了幾次重大洪災，例如2006年的易北河與多瑙河洪水，以及2010年的中歐洪水，主要影響波蘭，同時波及捷克、奧地利、匈牙利和斯洛伐克。

EFAS是歐洲改善災害管理策略的一部分，旨在通過提前預警減少跨國洪水的影響。該系統首先旨在向各國水文部門提供有用的、補充性的、可共享的洪水資訊。此外，EFAS還提供了一個獨特且連貫的歐洲範圍內洪水現狀及預測概覽，這對於在嚴重洪水事件中改善歐洲範圍內國際民事保護行動的協調至關重要。

## EFAS發展步驟

### 1999–2003年：研究階段

在歐洲洪水預警系統（EFFS）研究進行期間，2002年易北河和多瑙河發生了廣泛且毀滅性的洪水。由於EFFS建立了歐洲範圍的水文模型，並且德國氣象局同意在洪水期間向聯合研究中心（JRC）提供實時天氣預報數據，EFFS的實驗性系統得以用於模擬正在進行的洪水及洪峰沿多瑙河的傳播情況。

### 2003年：EFAS正式啟動

基於2002年臨時實時測試的良好結果，歐盟委員會啟動了完全功能化的歐洲洪水預警系統（EFAS）的開發工作。該系統開發得到了歐盟委員會和歐洲議會的財政支持。同時，奧地利、捷克、德國、匈牙利和斯洛伐克派遣專家協助JRC建設系統。德國氣象局繼續提供歷史和實時天氣預報，用於EFAS的搭建和測試。

### 2004年：引入集合預報和丹麥洪水行動計劃

天氣預報超過幾天的不確定性較大，尤其是降雨預報。為了正確捕捉極端事件的可能性，引入了集合預報系統（EPS）和多模型方法。2004年，JRC與歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）簽署合作協議，將ECMWF集合預報數據及高解析度確定性預報實時納入EFAS。技術上，2004年僅能納入確定性預報，EPS在2005年後才開始使用。

同年，EFAS被納入多瑙河洪水行動計劃（Danube Flood Action Plan），建立了專門的EFAS-Danube系統。

### 2005年：建立EFAS合作夥伴網路

成員國對新興歐洲洪水預報系統持謹慎態度，擔心來自不同來源的衝突資訊可能引起混亂。為此，建立了EFAS合作夥伴網路，明確了資訊分發和訪問規則。EFAS實時資訊僅分發給同意接收數據用於測試的合作夥伴，不對公眾開放。合作夥伴每年接受產品和系統培訓，理解EFAS概念及優缺點，並有機會討論開發、可視化和分發等改進方案。2005年多瑙河阿爾卑斯洪水期間，EFAS首次向合作夥伴發布資訊報告。EFAS還成為水文集合預報實驗（HEPEX）的試驗平台。

### 2007年：開發專用網絡界面

根據合作夥伴需求，開發了專用EFAS網頁界面，使合作夥伴能夠訪問數據。到2007年，EFAS合作夥伴網路覆蓋歐洲大部分跨國河流。合作夥伴通過使用者名稱和密碼訪問EFAS，瀏覽不同資訊層，這加速了系統發展，因更多建議被提出。

### 2009年：方法論和評分發布

EFAS的方法學和系統搭建文檔化，同時首次發布技能評分。此外，COSMO-LEPS的16個成員被納入EFAS，用於對ECMWF EPS前5天預報進行動態下尺度處理。

### 2009–2012年：IMPRINTS項目與山洪預警

JRC參與FP7項目IMPRINTS，開發山洪預警指標。項目結果定期向EFAS合作夥伴報告，並最終用於測試。自2012年起，山洪預警層成為EFAS的獨立圖層。

### 2010年：擴展至歐盟委員會監測與資訊中心

EFAS界面也向歐盟委員會監測與資訊中心（MIC）開放，該中心於2013年改組為歐洲應急與協調中心（ERCC）。在2010年中歐洪水期間，MIC首次提前獲知多個國家可能發生的重大洪水，並在波蘭啟動歐洲民事保護機制時能夠立即響應。現場團隊可通過統一界面在線跟蹤鄰國洪水情況，包括預報天數、統一色標和英語資訊顯示。

### 2011年：納入COPERNICUS緊急管理服務

EFAS成為COPERNICUS緊急管理服務（Emergency Management Service）的一部分，由DG GROW/COPERNICUS和DG ECHO共同資助。

### 2012年：運營中心建立

運營中心開始設置服務，EFAS從預運營系統過渡到正式運營，正式運行時間為2012年10月。

### 2013年：首次壓力測試

2013年6月中歐洪水成為運營中心的首次壓力測試，服務在整個期間順利運行。

## EFAS合作夥伴與網路

EFAS網路由各國水文部門及其關聯合作夥伴組成。關聯合作夥伴可以是與其國家或地區水文部門相關聯的民事保護機構。

例如，多瑙河保護國際委員會（ICPDR）。EFAS已被納入多瑙河洪水行動計劃（Danube Flood Action Plan），並曾開發獨立的EFAS-Danube系統。然而，隨著EFAS資訊系統的發展，專門的EFAS-Danube系統已不再需要，並完全整合到現行的EFAS操作資訊系統（EFAS-IS）中。EFAS專家定期向ICPDR匯報工作。

## EFAS的概念與工具

### 集合預報系統（EPS）——延長洪水預警時間的關鍵

大多數水文部門僅依賴觀測數據，或使用短期確定性降雨預報（通常不超過兩天），因為長期天氣預報存在高度不確定性。這些不確定性無法預測，會導致結果不可靠，從而對決策無實際參考價值。然而，過去十年來，水文界越來越傾向於使用集合預報系統而非單一確定性預報，用於超過48小時的洪水預警。EPS已經成為近年來氣象預報的重要組成部分，其設計目標是提供天氣可預測性及模型不確定性的量化，適用於最長兩周的預報，這遠超確定性模型的可預測範圍。歐洲在運營洪水預報中心推廣水文集合預報系統的趨勢十分明顯。

EFAS使用多個天氣預報和EPS作為輸入。其預報基於兩個確定性中期預報（來自歐洲中期天氣預報中心ECMWF和德國氣象局DWD，使用不同模型），以及兩套EPS：ECMWF的全球中期集合預報，覆蓋最長15天，中解析度約30公里，共51個成員；COSMO（小尺度建模財團）有限區域EPS，覆蓋歐洲大部分地區，預報範圍最多5天，空間解析度7公里，共16個成員。使用短期EPS的目的是增強前幾天的預報分布，同時為山區提供更精細的格點資訊，從而更準確地識別流域內的洪水位置。研究表明，若使用全球八套中期EPS，結果可靠性可提高，但計算量較大。

### LISFLOOD——EFAS的水文模型

EFAS使用的水文模型是LISFLOOD，這是一種結合概念性與物理降雨徑流模型的混合模型，並包括河道水流路由模塊。LISFLOOD專為大流域設計，特別強調高級地理資訊系統（GIS）的應用，作為動態建模框架。

### 減少誤報——閾值超標與持續性判斷

EFAS僅在可能超過關鍵洪水水位時向國家水文部門提供資訊。每個格點都需要設定關鍵閾值，無法直接從觀測數據獲得。EFAS通過使用觀測氣象數據和LISFLOOD模型參數進行長期流量模擬，計算每個格點的回歸期（如1、2、5、20年回歸期）。所有洪水預報均與這些閾值逐像素比對，並計算閾值超標情況。只有在多次預報中持續超過閾值時，才生成資訊，例如通過色標地圖或控制點時間序列顯示。持續性判據用於減少誤報，重點關注由廣泛強降水、降雨伴融雪或中等強度長期降雨引發的大型河流洪水。

### 驗證

預報驗證對理解系統優缺點、建立信任至關重要。EFAS採用兩類驗證方法：

#### 基於事件的驗證

每次洪水預警的命中、誤報和漏報情況進行評估。如果發出預警但未發生洪水，計為誤報；若流域某處確有洪水發生，則計為命中；若發生洪水但未發預警（即使系統模擬了事件），計為漏報。事件通過全年反饋報告和媒體資訊進行評估，並在EFAS年度會議中匯報。

#### 技能評分

包括Brier技能評分、均方根誤差（RMSE）、Nash-Sutcliffe效率係數、連續秩機率評分（CRPS）等，定期在EFAS公報及相關出版物中發布。例如，歐洲地球科學聯盟（EGU）上曾報告技能分析成果。針對水文集合預報的專用驗證工具箱也已在EFAS中進行測試。

## 與其他項目及倡議的聯繫

### 水文集合預報實驗（HEPEX）

HEPEX成立於2004年，由美國國家海洋和大氣管理局與歐洲中期天氣預報中心共同主持。該國際研究計劃旨在「展示水文集合預報（HEPS）在應急管理和水資源部門決策中的附加價值，這些決策可能對經濟、公共健康和安全產生重要影響」。HEPEX圍繞六大主題組織研究：輸入與預處理，集合技術與過程建模，數據同化，後處理，驗證，在決策中的交流與應用。HEPEX提供在線研討會，可實時參與討論並提問，研討會影片也會上傳至YouTube供觀看。

### 全球洪水預警系統（GloFAS）

基於EFAS的理念，全球洪水預警系統（GloFAS）由ECMWF、JRC及其他研究機構合作開發。GloFAS自2018年4月起作為Copernicus緊急管理服務的一部分正式投入運行。

GloFAS也是全球洪水工作組（Global Flood Working Group）的成員。

### 研究項目

EFAS的發展得益於以下研究項目：

- 歐洲洪水預報系統（European Flood Forecasting System, FP6項目）
- FloodSite
- EuroRisk / Preview
- Safer
- IMPRINTS
- KultuRisk

## 相關歐盟政策

- 歐盟第911/2010號條例：關於歐洲地球監測計劃（GMES）及其初期運行（2011至2013年）
- 歐盟民防機制（Union Civil Protection Mechanism）
- COM(2002)481：歐盟對奧地利、德國及若干申請國洪災的應對措施
- COM(2013)216：氣候變化適應戰略