洪水誘導システム

洪水誘導システム（ FFGS）は、米国カリフォルニア州サンディエゴにある非営利公益法人である水文研究センターによって設計・開発され、世界中の気象予報士や水文予報士が利用できるようにしたものです。FFGSの主な目的は、特定の地域全体にわたる小規模洪水の脅威に関するリアルタイム情報を、運用予報士や災害管理機関に提供することです。^{[1] [2] [3] [4]}

FFGSは、リモートセンシングによる降水量（レーダーや衛星による降雨量推定など）と水文モデルに基づいて洪水警報を発令します。^{[3] [4] [5]}このシステムは、突発洪水を引き起こす可能性のある気象関連イベント（大雨、飽和土壌への降雨など）の分析をサポートし、地域の気象情報に基づく調整を組み込んでいます。このシステムは、25～200 km ²の規模の河川流域における1時間～6時間単位の突発洪水の脅威の評価をサポートします。 ^{[4] [6]}

洪水誘導システムの重要な技術的要素は、バイアス補正されたレーダーおよび/または衛星降水量推定フィールドの開発と使用、および陸面水文学的モデリングの使用です。^{[2] [6]} 次に、システムは、降雨量と水文学的反応に関する情報を提供します。これらは、洪水の可能性を決定する2つの重要な要素です。^{[4] [7]このシステムは、}洪水誘導と洪水の脅威 の概念に基づいています。 両方の指標は、データに関連する不確実性の評価を含め、洪水の可能性を評価するために必要な情報をユーザーに提供します。

• フラッシュ フラッド ガイダンスとは、小河川流域の出口で小規模な洪水 (満水) 状態を作り出すために必要な、一定期間の小河川流域の降雨量です。フラッシュ フラッドの発生については、最大 6 時間の期間が評価され、河川流域の面積は、リモート センシング データと現場データからかなり正確な降水量を推定できる大きさです。フラッシュ フラッド ガイダンスは、土壌と水路の貯水容量を克服し、流域の洪水を最小限に抑えるために必要な降雨量を示す指標です。
• 洪水の脅威とは、対応する洪水ガイダンス値を超える一定期間の降雨量です。洪水の脅威を、現在または予測される降雨量と併用すると、洪水が差し迫っている、または発生している地域、および即時の対策が必要またはすぐに必要になる地域を示す指標となります。

2009年2月、世界気象機関、米国国際開発庁/米国対外災害援助局、米国海洋大気庁/国立気象局、水文研究センターの間で、FFGシステムを世界中で導入するための協力体制の下で連携するための覚書が締結されました。^[5]この覚書は2017年まで有効です。これまでのところ、この覚書に基づいてFFGシステムを導入している国は次のとおりです。

• 中米7か国（衛星降水量ベースシステム）
• メコン川下流域の沿岸4か国（衛星降水量ベースシステム）
• ハイチ/ドミニカ共和国（衛星降水量ベースシステム）
• パキスタン（衛星降水量ベースシステム）
• 黒海中東地域の8か国（衛星降水量および多重レーダー降水量ベースシステム）
• 南アフリカ7か国（衛星降水量ベースシステム）
• メキシコ、チアパス州（単一レーダー降水量ベースシステム）。

その他の FFG 実装 (MoU の対象外) には次のものが含まれます。

• ルーマニア（複数のレーダー降水量ベースシステム）
• 南アフリカ共和国（衛星降水量および複数のレーダー降水量ベースシステム）。

これらの運用システムは 22 億人以上の人々にサービスを提供しています。

鉄砲水に対する短期的な運用予測は、大規模な河川洪水のそれとはいくつかの点で異なります（表1）。特に、予報、警報、対応のリードタイムが短いため、運用上の鉄砲水予測は困難であり、また、純粋な水文学的予測問題ではなく、水文気象学的な問題にもなります。^{[8] [9]}さらに、鉄砲水は昼夜を問わずいつでも発生する可能性があるため、24時間365日の運用で鉄砲水の予報と警報を行う必要があります。

洪水警報を発令するための洪水ガイダンス手法は、特定の期間および特定の集水域における観測または予測される降雨量を、集水域の出口で堤防が満水状態になるその期間および集水域の降雨量の特徴とリアルタイムで比較することに基づいています。観測または予測される降雨量が特徴的な降雨量よりも大きい場合、集水域で洪水が発生する可能性があります。特定の集水域および期間における特徴的な降雨量は「洪水ガイダンス」と呼ばれ、集水域および排水ネットワークの特性、および先行する降雨量、蒸発散量、地下水損失によって決定される土壌水分不足に依存します。^{[2] [10]}

洪水誘導アプローチは、運用上の洪水予測の特別な要件に対応するものであり、通常の水文気象モデリングアプローチ、特に分散型水文モデリングとは根本的に異なります。表 2 は、これら 2 つのアプローチの違いを示しています。洪水誘導アプローチによって提供されるローカル調整機能に注目することが重要です。これらの調整は、小規模での信頼性の高い運用上の洪水予測に必要です。以前の研究では、運用可能なデータを使用する場合、集水域が減少するにつれて、分散型水文モデルのシミュレーション (予測ではなく) に関連する不確実性が増大することが示されているためです。^{[3] [11]}

表1: 大河川洪水と突発洪水の運用予測の違い

表2: 分散型水文気象モデルと洪水誘導アプローチの違い

洪水誘導システムの科学的構成要素は、バイアスを減らすために適切に調整された現場観測所とリモートセンシングプラットフォームからの利用可能なリアルタイムデータと、物理的または概念に基づく土壌水分計算モデルを使用して、洪水が発生しやすい小規模な集水域におけるさまざまな期間の洪水誘導推定値を生成します。^{[2] [3] [4]}

まず、土壌が飽和した状態で、流域からの表面流出ピークが集水域出口で満水流量を生み出す一定期間の降雨量を推定します。次に、利用可能なデータから現時点での土壌水分不足を計算し、飽和土壌条件下で流域出口で満水流量を生み出すために必要な降雨量を、現在の土壌水分不足に必要な降雨量（つまり、洪水誘導）に変換します。土壌水分不足の推定には高品質の入力データが必要であり、レーダーおよび衛星データでは、リアルタイムで報告する雨量計のデータを使用して、適応型状態推定器を使用してバイアスを減らします。^[3]

FFGシステムの技術コンポーネント

予測者製品 予測者が利用できる製品のタイプは、ニーズと要件に基づいて FFGS によって異なります。以下は、一般的な予測者のユーザー インターフェイスです。

このインターフェースを通じて予測者が利用できる製品の種類は次のとおりです。

• RADAR降水量– レーダーベースの降水量予測
• MWGHE 降水量– 衛星ベースの降水量推定値 (米国 NOAA-NESDIS 全球水文水位推定器 (赤外線ベース)、米国 NOAA-CPC CMORPH マイクロ波ベースの衛星降水量製品による調整)
• GHE 降水量– 米国 NOAA-NESDIS 全球水力推定衛星降水量推定
• ゲージマップ– 河川流域のゲージベースの平均面積降水量（MAP）
• 統合マップ– 河川流域の統合平均面積降水量（バイアス調整済み RADAR またはバイアス調整済み MWGHE またはバイアス調整済み GHE またはゲージ補間から得られる最良の平均面積降水量推定値）
• ASM – 平均土壌水分（モデルベース）
• FFG – 洪水対策ガイダンス
• IFFT – 差し迫った洪水の脅威（洪水の脅威の現在の「観測」）
• PFFT – 持続性洪水脅威（降雨量予測として持続性を使用した洪水脅威の「予測」）
• ALADIN 予報– 定量的な降水量予報 (この例では ALADIN メソスケール モデルから)
• FMAP – 河川流域の平均面積降水量の予測（メソスケールモデルによる降雨予測を使用）
• FFFT – 洪水の脅威を予測する（メソスケールモデルによる降雨量予測を使用）
• ゲージMAT – 河川流域のゲージベースの平均面積温度
• 最新の IMS SCA – 河川流域積雪面積の割合 (米国 NOAA-NESDIS より)
• SWE – 河川流域のモデルベースの積雪水量（積雪の状態を反映）
• 融雪– 雪解け（各流域における24～96時間の積算融雪量）
• SurfMet ゲージステーション– 地上気象観測所が利用可能

FFG システムの製品は、気象や水文学の専門知識を持つオペレーターが評価、解釈、調整、使用できるように設計されています。

• 洪水
• 水文学
• 気象学
• 洪水注意報
• 洪水警報

• ハイチ ドミニカ共和国 洪水誘導システム
• 中央アメリカ洪水誘導システム