新报告证实了门多西诺湖水库预测操作的好处

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在理解和预测大气河流风暴方面的进步推动下，现代预测方法使美国陆军工程兵团(USACE)的操作人员能够更好地优化北加州门多西诺湖水库的水资源。一个多中心报告发布于2021年2月4日，描述了这些预测工具如何帮助运营商增加湖泊的旱季饮用水储备，提高其缓解洪水风险的能力，并改善俄罗斯河下游的环境条件，以支持鲑鱼物种。

USACE水资源管理政策的一个关键变化，允许天气预报用于规划未来的水库运营，为该项目打开了大门。该报告被称为门多西诺湖预测水库运行(FIRO)的最终可行性评估，由联邦、州和地方机构合作制作，由加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所索诺玛水和西部天气和水极端事件中心(CW3E)领导。

在索诺玛县门多西诺湖的这项工作建立了一种方法，可以在加利福尼亚其他地方和其他供水可能变化很大的地区的合适的额外水库进行测试。科学家们说，气候变化正在进一步加剧该州降水的丰年或饥荒性质，这使得评估大气河流风暴预测的潜力变得至关重要，这些预测将被用于比这些预测改进之前更灵活地运行水库。

除了索诺玛水务公司和CW3E公司外，该合作伙伴还包括美国陆军工程兵团、国家海洋和大气管理局、加州水资源部、美国开垦局和其他关键机构。

在两个截然不同的水年期间成功演示了FIRO——2019年水年是相对潮湿的一年，而2020年水年是127年记录中第三个最干燥的年份。在这两年里，FIRO提高了供水效益并控制了洪水风险。在2020年水资源年，到冬季结束时，FIRO使储水量增加了19%，总计超过1.1万英亩英尺。

俄罗斯河流域经历了美国最多变的气候，大气河流及其极端降水推动了这种变化。大气河流是指在天空中输送大量水蒸气的真正的“河流”现象，在俄罗斯河地区引发强降水。这些风暴造成了西部关键地区25% - 50%的年降水量，这可以补充水供应，但也会导致危险且代价高昂的洪水该州大气河流造成了美国西部洪灾损失的84%，索诺马县洪灾损失的99%．相反，大气中河流的缺乏已被证明会导致干旱。在气候变暖时，大气河流是预计强度会增加对加州年降水量的贡献更大，并造成更大的洪水风险，然而与大气河流无关的风暴对总降水量的贡献更小。这意味着加州可能会在极端干旱和洪水之间摇摆不定。

加州水利部的州气候学家迈克尔·安德森说:“门多西诺湖FIRO项目是多个机构如何合作，共同探索新兴技术在观测和预测方面的潜力，并在不断变化的气候中为水管理创建一个具有多重好处的适应性策略的一个例子。”

美国西部的许多大坝都严格遵守USACE发布的水控制手册，该手册基于冬季风暴和春季径流的历史长期平均水平。这些手册不依赖于预测，传统上是根据“地面水管理”的指令运行的，通常规定在秋季降低水库水位，为防止冬季风暴径流洪水腾出空间，并在春末提高水位。降雨发生时间的年际变化没有被直接考虑。许多水控制手册是在现代技术(如卫星、雷达和数值模型)之前开发的，这些技术导致了预测技能的显著提高。

为了应对这些挑战，FIRO利用作为项目一部分开发的工具，利用现有的和改进的大气河流及其相关强降水和流量的预测。这些数据和工具可以为水库运营提供信息，在决定蓄水或放水时，可以更积极主动地根据变化的天气条件进行适应性调整。FIRO不要求油藏运营商使用FIRO提供的信息;它只是为业务决策提供额外的信息。该项目代表了对科学、技术和观察的创新使用，使作业者能够适应变化的条件，而无需对油藏基础设施进行昂贵的改进。

索诺马水务董事会和索诺马县监事委员会主席琳达·霍普金斯说:“索诺马水务公司对创新的兴趣，以及我们与联邦和州机构的合作，包括美国陆军工程兵团和西部天气和极端水事件中心，在索诺马水务公司的水管理方面取得了突破。”“这份综合报告显示，该项目为人民、环境和经济带来了巨大的区域效益。”

预测大气河流的科学不断进步，特别是在了解这些风暴的起源和演变方面，通过增强它们登陆前的观测，以及通过更好的建模和预测。西部天气和极端水情中心专注于大气河流。他们的研究包括俄罗斯河流域的大气和土壤湿度观测，太平洋上空的数据收集，包括浮标和下探仪部署到接近风暴的测量与NOAA海洋航空办公室和美国空军预备役第53天气侦察中队“飓风猎人”合作的项目，先进的模型可以更好地评估预测中的不确定性。

CW3E主任、斯克里普斯研究气象学家f·马丁·拉尔夫说:“基于科学进步和现代技术，预测大气河流及其相关的极端降水和径流的技能，已经被这个项目证明，使门多西诺湖比过去更灵活地运作。”“即使是在有记录以来第三个最干旱的年份，这个项目也证明了应用科学节水的能力，考虑到该地区干旱的普遍程度，这对加州来说是至关重要的。”

FIRO的评估最初对该项目进行了虚拟试验，使用了建模、预测和结果。在纸上的成功使运营商收到了usace批准的与门多西诺湖水控制手册(最初于1959年开发，1986年进行了小修订)的重大偏差，以测试实际应用的可行性。除了当前的操作外，还使用16个指标评估了四种FIRO管理选项。

一项由美国开垦局部分资助的经济评估，量化了FIRO对大坝运营、供水、渔业、娱乐和水力发电的效益，发现FIRO将在除水力发电外的所有领域带来积极效益，估计每年的总效益为940万美元。

美国陆军工程研究与发展中心洪水与风暴防护部门负责人Cary Talbot表示:“最终可行性评估为美国陆军工程兵如何在工程兵洪水风险管理任务的背景下安全有效地实施预测知情的水库作业创造了先例。”“它还建立了一个很好的模式，将个人利益相关者的观点汇集到由州、地方和联邦机构组成的指导委员会中，以评估可行性，任何想要评估FIRO适用性的机构都可以使用这个模型。”

这份报告对整个西方都有影响。USACE和CW3E也在积极评估大气河流占主导地位的其他环境中的FIRO机会。目前正在努力评估FIRO对南加州普拉多水库、加利福尼亚州尤巴县的新布拉德斯坝水库、加利福尼亚州Butte县的奥罗维尔湖以及华盛顿州西雅图附近的霍华德·汉森大坝的可行性。

FIRO利用现有科学技术的好处是显著的。随着对研究的持续投资，预测技能的进一步提高，FIRO的收益将在未来继续增加。门多西诺湖FIRO合作伙伴建议进一步研究以继续增强FIRO。这一未来阶段——“FIRO 2.0”——对于进一步提高供水可靠性和适应气候变化至关重要。该伙伴关系还建议美国陆军工程兵团努力更新门多西诺湖的治水手册，正式纳入FIRO战略。

来自FIRO指导委员会成员的其他引用

”我很高兴看到最终的可行性评估报告已经完成。我非常荣幸能够参与到这个过程中，与我们的州、地方和联邦伙伴合作。我认为真正使这一努力取得成功的是，每个人都能够坐到谈判桌前，说出他们的担忧并得到解决，无论你提出的是环境、供水还是洪水风险管理问题。我期待着进一步评估FIRO，因为我们试图为门多西诺湖实施水控制手册更新。——帕特里克·辛(Patrick Sing)，旧金山地区工程兵水利工程师、首席水利经理

“对于FIRO FEA的完成，我怎么说都不够。从一开始我就参与了这个过程，我在高水平上经历了真正持续的合作水管理。FIRO FEA演示了具有不同任务的多个机构如何聚集在一起，在以干旱、洪水和濒危物种而闻名的分水岭开发解决方案。为此，我祝贺所有相关人员达到这一重要里程碑。美国国家海洋和大气管理局渔业部门为参与这项工作以及在气候变化中管理水资源的意义感到自豪。——Joshua Fuller，鱼类生物学家，NOAA渔业，西海岸地区

“FIRO(预测知情油藏作业)为我们做的一件大事是极大地扩展了我们完成任务的能力。我们需要平衡水供应和防洪FIRO为我们提供了一个前所未有的合作结构，我们已经能够证明，使用预测信息，我们可以储存比其他方式更多的水，我们可以安全地做到这一点。——艾伦·海恩斯，美国国家海洋和大气管理局国家气象局加利福尼亚-内华达河预报中心的水文学家

“门多西诺湖FIRO的努力表明，在预测新的水管理和水库模式的开放机会方面取得了进步。美国西部对水的需求不断增长，加上越来越普遍的干旱，在未来几十年里，我们的水资源将进一步紧张。因此，随着我们朝着21世纪现代水资源管理的方向努力，预测在水库运营中的作用只会越来越普遍和重要。——Kenneth Nowak，水可用性研究协调员，研究和发展办公室，垦荒局