计算机洪水模型可以拯救城市，但目前还做不到

去年这个时候，飓风桑迪登陆，席卷了新泽西州的小城市霍博肯，该市 70% 的面积被洪水淹没。你认为任何人都能预测到接下来发生的事情：该市 90% 的地区停电；人们被困在家中好几天，电线倒塌，即使在风暴平息后，他们也无法离开；市长在Anderson Cooper 360 节目中呼吁国民警卫队介入。

我在安全的地方看着这座城市被洪水淹没。附近的小镇联合城坐落在俯瞰霍博肯的一座小山上；在远处，穿过哈德逊河，你可以看到曼哈顿。从悬崖和五层楼上看，你会认为下面城市被水淹没的景色很壮观，但事实是它仍然是抽象的；你看到雨水在落下，随着暴风雨的不断来袭，水位上升到街道和建筑物上方。你看不到真正发生的事情：水从城市暴露的部分涌入。

史蒂文斯理工学院霍博肯戴维森实验室主任艾伦·布隆伯格弥补了这种缺乏远见的缺点。布隆伯格是一个健壮、和蔼可亲的人，善于使用巧妙的比喻。上周我们在霍博肯第一次见面，聊了聊桑迪飓风留下的遗产，他向哈德逊河张开手臂，说：“欢迎来到我的实验室。”

他通过传感器跟踪风暴，并制作动画显示结果。以下是桑迪飓风前后几天的霍博肯情况：

你可以看到潮汐的涨落、缓慢上升的水位，以及也许最重要的是，可以看到水聚集的暴露和低洼区域。这样的数据对城市规划者和其他希望在下一次不可避免的风暴中保护城市免受风暴侵袭的官员来说可能是一大福音。如果不向官员提供蓝图来建造一道防风墙来抵御恶劣天气，正如纽约政府所建议的那样，城市就会知道哪些市民最有可能受到风暴的严重伤害。他们甚至可以通过提前预测影响来减轻损失。

从历史上看，像这样的计算机模型有三种方式可以帮助研究人员。首先，回顾性，这就是布隆伯格在他的霍博肯地图上所做的。北卡罗来纳大学海洋科学研究所所长里克·卢埃蒂奇说，研究人员可以模拟事后发生的事情，给出事件的“连贯画面”。这意味着研究人员可以为下一场风暴做好准备。

其次，即使没有真正的风暴，也可以使用模型来显示最脆弱的地区在哪里。加上百年一遇的风暴的统计数据，你至少可以大致了解哪些地区在大多数风暴中会受到最严重的打击。

这些模型的第三个、也是最有价值的用途是确定当地平线上的特定风暴到达陆地时会发生什么。假设你是一名研究人员，从国家气象局得到消息，预计一场风暴将在五天内袭击海岸。利用风暴和城市的特征，你可以提前知道哪些地区将受到这场风暴最严重的打击，以及整个城市将受到多大的打击。你可以知道哪些地区需要疏散——也许，有了正确的数据，你甚至可以计算出特定的灯柱或树木是否会被吹倒。但是，如果研究人员面对即将到来的风暴，他们仍然面临着让这些模型准确的艰巨任务。

确定风暴何时何地来临仍然是一门极不精确的科学。

风暴预报仍是一个混乱的领域，如果气象学家无法准确预测风暴将袭击的位置，计算机研究人员就很难确定风暴袭击时会对城市造成什么影响。即使人们投入了更多资金和更好的数据收集技术来跟踪和预测飓风，确定风暴何时何地袭击仍然是一门极其不精确的科学。卢埃蒂奇指出，在新奥尔良这样的城市，官员们希望提前几天甚至几周知道风暴的影响。需要制定计划：疏散巴士要排好队，人员要做好准备。但是，尽管风暴越接近大陆，预测的准确性就越高，但在五天前，这仍然只是一种最佳猜测。“说实话，在五天前，你可能会从受到重大影响的情况变成完全没有影响的情况，”卢埃蒂奇说。

这并不是灾害管理人员或洪水建模者希望听到的。“应急响应人员、管理人员和所有决策者必须非常擅长自己的工作，并且要有一点预见性，才能始终做出正确的决定，”卢蒂奇说。更糟糕的是，各个机构对风暴的预测并不一致。佛罗里达州的一个实验室得出的预测可能与美国国家海洋和大气管理局的预测大相径庭，因此使用模型的研究人员必须考虑到各种可能的结果。

综合考虑这些天气预报，可以做出更准确的洪水预报。“但你不想只取平均值，”布隆伯格说，他的模型已用于上述三个主要目的。最佳预测需要加权“集合”——布隆伯格已将八个预报组合在一起——不同的预报在模型中具有概率重要性。这无疑是一种进步，但仍然依赖于一些可能不准确的预报。研究人员所能给出的最好结果是一系列可能的结果——随着天气预报和计算机建模技术的进步，我们将缩小这个范围。不确定性锥体显示了随着某件事（如足球比赛或飓风登陆）的结束，我们的预测会如何变得更准确，它将被推得越来越远。我们还没有到达那个地步。

当我参观史蒂文斯研究所时，布隆伯格问道：“你看过《后天》吗？”

是的，我告诉了他。

“这就是我想做的事情，”他指的是他的电脑动画。他开玩笑说，最终他会获得奥斯卡特效奖。

他带我去了沉浸式实验室，那是一个类似会议室的空间，里面有巨大的触摸屏电脑显示器，然后他播放了桑迪飓风来袭期间霍博肯的动画。

于是我又看了一次这座城市的洪水。它并不完美；看起来仍然很数字化。但从上面看洪水涌入的感觉比透过雨点打湿的窗户看要好得多，或者至少更有力量。