2003年，欧洲委员会和欧洲太空总署联合启动了一项重大的航天发展计划——“全球环境与安全监测计划”（Global Monitoring for Environment and Security，GMES），2012年“全球环境与安全监测计划”更名为“哥白尼计划”（Copernicus Programme），这是欧洲继“伽利略计划”之后又一个以著名科学家命名的重大科技发展计划。

“哥白尼计划”的主要目标是利用欧洲及非欧洲国家（第三方）的卫星以及其他监测手段，集成环境与安全的数据，实现对环境和安全的实时动态监测，为政府决策者提供信息支撑，以应对自然灾害和人道主义危机等紧急情况，推动制定环境领域的法律法规，保证欧洲的可持续发展，提升国际竞争力。

“哥白尼计划”主要提供大气、海洋、土地、气候变化、安全、应急六大方面的服务，其中应急是“哥白尼计划”的重要组成部分，即哥白尼应急管理服务（Copernicus Emergency Management Service）。哥白尼应急管理服务向所有参与自然灾害、人为紧急情况和人道主义危机管理的行动者提供从卫星遥感获得并由现场或开放数据源集成的地理空间信息。具体来看，哥白尼应急管理服务由映射组件（Mapping）和早期预警系统（Early Warning System）两部分组成。

映射组件提供了按需定制的映射服务，基于卫星图像和其他监测平台的监测能力，能够为其覆盖范围内任何地方的自然灾害或人为灾害等紧急情况提供详细的数据信息，支持应急管理人员的地理空间分析和决策过程。映射组件能够实现快速映射、风险与恢复映射的功能。其中，快速映射可在收到请求的数小时或者数天以内提供地理空间信息，用于灾害发生后快速支持应急救援；风险与恢复映射则提供用于灾害管理活动的地理空间信息，包括预防、准备、降低风险和恢复阶段。

早期预警系统主要是通过持续观察和预测洪水、干旱和森林火灾三大自然灾害，在欧洲和全球范围内提供重要的地理空间信息。它包含洪水、干旱和森林火灾三大子系统：

●洪水子系统：由欧洲洪水感知系统（European Flood Awareness Systems，EFAS）和全球洪水感知系统（Global Flood Awareness Systems，GloFAS）组成，在全球、区域、国家等不同层面提供洪水风险预报信息。

●干旱观察子系统：干旱观察（The Drought Observatory，DO）由欧洲干旱观察（European Drought Observatory，EDO）和全球干旱观察（Globally Drought Observatory）组成，该子系统会发布短期干旱预警的分析报告。

●森林火灾子系统：具体为欧洲森林火灾信息系统（European Forest Fire Information System，EFFIS），实时监测森林火灾，覆盖欧盟成员国以及整个中东和北非地区。

1.欧洲洪水感知系统（EFAS）

2002年，在欧洲经历了近百年来最大的洪水灾害之后，欧洲洪水感知系统在2003年至2012年期间与欧洲国家水文气象部门、欧洲委员会的紧急响应和协调部门、联合研究中心、欧盟应急响应协调中心（ERCC）等机构密切合作，最终在2012年9月正式投入业务运行。

欧洲洪水感知系统由多个国家共同负责：数据处理和模型计算及Web服务由欧洲中期天气预报中心（位于英国雷丁）负责运行和维护；洪水预测分析和洪水警报发布由瑞典的气象和水文研究所、荷兰水运当局和斯洛伐克水文气象研究所负责完成；水文数据（欧洲主要河流历史和实时水位、流量数据）的收集由西班牙安达卢西亚区域农业、渔业和环境部以及私人公司ELIMCO共同负责完成。整个系统项目管理的主体是欧盟委员会[5]。

欧洲洪水感知系统提供连续的中期洪水预报和相关信息，包括短期暴雨预报、洪水影响评估、水文季节性预报等，最多可以提前10天向欧盟应急响应协调中心（ERCC）提供洪水预警信息，使其了解正在发生的洪水灾害以及即将发生洪水的可能性。

为了能够提供有效的预警信息，欧洲洪水感知系统按照气象预报+水文气象预报→水文转换→后期处理→Web接口→洪水预警的生产链，生成预警信息，如图4-2所示。

图4-2　欧洲洪水感知系统的水文预报链

具体而言，欧洲洪水感知系统的预测系统可以分为六大板块：

（1）数据采集：采集用于欧洲洪水感知系统的所有静态、动态数据，包括天气预报、水文和气象观测数据、国家警报等。

（2）模型组件：包括水文模型和水文模型中的基础设置。

（3）预测基础设施：预测所需的基础硬件、工作流程等。

（4）预报产品：洪水警报、后期处理和辅助信息等，如降雨监测、土地湿度异常图等。

（5）传播预测：依靠网站、数据分发服务等传播各类预报产品。(www.daowen.com)

（6）性能检测：包括监测技术系统的性能和可靠性，以及预测和警告的统计功能。

现阶段，欧洲洪水感知系统已为欧洲70多个水文气象和民防部门提供预报服务。

在2012年欧洲洪水感知系统纳入哥白尼应急服务之后，很快便迎来了两场大规模洪水灾害的考验——2013年中欧地区洪灾和2014年巴尔干半岛洪灾。

2013年6月，中欧地区遭遇了“世纪洪水”的侵袭，德国、捷克、奥地利、瑞士等国家受灾严重，在此期间，欧洲洪水感知系统及时向欧盟应急响应协调中心提供洪水预警和实时监测信息，为降低洪水灾害发挥了关键的作用。2013年5月的最后一周，欧洲洪水感知系统预测结果显示，包括德国、波兰、奥地利、捷克、斯洛伐克等在内的中欧地区，超过洪水预警阈值的可能性迅速增加。2013年5月28日到31日，也就是在极端水位出现前8天左右，欧洲洪水感知系统针对多瑙河、莱茵河、易北河等主要河流发布了14个不同严重程度的洪水警报。2013年6月3日，欧洲洪水感知系统发出红色警报和橙色警报，以及6月3日12点之后德国萨克森—安哈尔特州维滕贝格县未来6天内易北河水位的预报。这场洪水，维滕贝格县所处的易北河水位创下了历史新高，比2002年欧洲特大洪水灾害中易北河的最高水位还要高半米。

经历了2013年的中欧洪灾之后，从2014年5月13日开始，巴尔干半岛出现了连续且罕见的强降雨，导致波斯尼亚和黑塞哥维那、塞尔维亚、波兰南部、斯洛伐克、捷克等国家发生洪灾。而在洪水发生前一天，欧洲洪水感知系统就开始向这些国家的相关部门发出不同危害程度的预警信息。

总之，得益于欧洲洪水感知系统及时发出的洪水预警信息，以及防洪体系的日益完善，2013年和2014年这两次大规模洪灾，虽然洪灾规模高于往年，但其造成的死亡人数和经济损失明显低于2002年。2002年洪灾中，捷克约22万人避难，16人死亡，损失约30亿欧元；奥地利8人死亡，经济损失在25亿—30亿欧元；德国34万人受灾，21人死亡，经济损失达92亿欧元[6]。2013年中欧洪灾，共造成25人死亡，其中捷克11人、奥地利6人、德国8人[7]。

近年来，欧洲洪水感知系统在建模系统以及为Web服务产品方面不断改进和升级，经历了四个版本的升级，其预测的准确性不断提升、功能不断完善。2020年3月5日，欧洲洪水感知系统更新至3.5版本，更新了静态地图和LIFELOOD模型（欧洲洪水感知系统的水文模型），LIFELOOD模型中关于河床和洪泛区流量的管理更加完善。

此外，随着欧洲洪水感知系统持续升级，人工智能技术也被引入其中。2019年，来自欧洲委员会科学与知识服务联合研究中心的团队开发了一种洪水风险社交媒体模型（SMFR），它能够利用社交媒体的信息来预测洪水风险。团队将该模型引入到欧洲洪水感知系统中，研究结果表明，人工智能过滤的信息与实际的洪水密切相关，有助于缩短灾害早期的反应时间[8]。因此，在人工智能技术的支持下，欧洲洪水感知系统的功能将更加强大，不断增强欧洲洪灾应急处置能力。

2.欧洲干旱观察（EDO）

干旱是欧洲最为严重的自然灾害之一。一项由欧盟委员会和成员国共同进行的研究发现，欧洲1976—2006年的30年间受干旱影响的区域和人口增加了20%，因干旱造成的损失估计在1000亿欧元。现阶段欧洲每年因干旱损失约30亿欧元，预计到2050年达130亿欧元，到2080年达270亿欧元[9]，加强干旱治理是一件刻不容缓的事情。

欧洲干旱观察最早于2008年上线，后来系统不断升级，到2018年纳入哥白尼应急管理服务。现阶段，欧洲干旱观察由欧洲委员会联合研究中心运营。欧洲干旱观察使用气象信息、水文参数和遥感数据对各类干旱指标的效果进行检验，使用的一系列干旱指标包括标准化降水指数（SPI）、标准积雪指数（SSPI）、土壤水分异常（SMA）、植被条件异常（FAPAR Anomaly）、低流量指数（LFI）、冷热潮指数（HCWI）、联合干旱指数（CDI），在此基础上用户可以获得各种指数的详细介绍、使用方法、优缺点等信息。

在日常状态下，欧洲干旱观察系统根据不同干旱指标汇总形成农业/生态系统综合干旱指标（Combined Drought Indicator，CDI），根据指标情况发出黄色（低）、橙色（中）、红色（高）三种不同程度的预警。黄色较低，代表降雨不足；橙色比较严重，代表土壤水分不足；红色表示严重，代表降雨/土壤水分不足之后的植被受到威胁。当发生严重干旱时，欧洲干旱观察会发布专门的报告，自2011年起，已连续发布了11份严重干旱报告。

在具体监测信息服务上，欧洲干旱观察系统可以提供两大类在线干旱监测信息服务：一大类是实时干旱地图信息，子类有降雨量、土壤湿度、湿度异常、干旱预测、干旱异常预测、叶面缺水指数（NDWI）和吸收光合有效辐射比（f APAR）等，加载这一类信息的地图是面向整个欧洲层面的；另一大类是用户自定义信息服务，用户可以自行定制所需要的数据，包括选择国家具体的区域、时间跨度和干旱指标等，这一类信息的地图是具体到某个成员国家的，具体的信息可以以不同格式的地图输出[10]。

干旱预警是一项系统性工程，欧洲干旱观察系统表明，卫星遥感监测、地理信息系统、互联网和移动通信等技术是支撑干旱预警运行的重要保障，尤其是地理信息系统技术，对干旱预警信息的作用和成效有着极大影响，必须充分重视各种信息通信技术的综合应用。

3.欧洲森林火灾信息系统（EFFIS）

近年来，欧洲森林火灾频发，欧洲每年因林火平均损失30万公顷的森林，烧掉大约30亿欧元、约合232亿元人民币[11]。欧洲森林火灾信息系统由此诞生。2000年，欧洲森林火灾信息系统开始运行，并于2015年纳入哥白尼应急服务。欧洲森林火灾信息系统向所有欧洲国家以及非欧盟地中海国家开放，覆盖40个国家和地区，用于评估其覆盖范围内森林火灾的危险程度，并绘制区域图，及时发出预警信息，减少森林火灾造成的损失。

从功能上看，欧洲森林火灾信息系统提供火灾危险预测、主动火灾探测、快速损失评估、火灾损失评估、欧洲消防数据库、季节性预报、月度季报等服务。例如，在火灾危险预测功能中，欧洲森林火灾信息系统采用加拿大森林火灾天气指数（FWI）作为评估火灾危险程度的标准，利用两种确定性模型ECMWF（8公里）和MeteoFrance（10公里），分别提供1—9天和3天内的火灾危险预测，并在地图上标示。在主动火灾探测功能方面，欧洲森林火灾信息系统利用算法计算潜在火势的温度与周围的温度差，如果温度差高于给定阈值，则将潜在的火灾认定为活跃火灾或者热点。在季节性预报方面，欧洲森林火灾信息系统包含两个预报系统，分别是中程天气预报系统（EPS）和季节性预报系统（S5），中程天气预报系统的预报为15天，季节性预报系统的预报能够提供季节性预报。

2018年8月，希腊首都雅典附近遭遇了自1900年以来最为严重的森林大火，造成了91人死亡、25人失踪及大批人员受伤。火灾导致超过2000所房屋被烧毁，居民财产损失惨重。而在火灾发生前的2018年7月24日和26日，欧洲森林火灾信息系统两次发布希腊森林火灾图，预警和监测希腊森林火灾。由此，2018年希腊的森林火灾的受灾面积较2017年减少了1/3。然而，这场火灾造成的损失仍然十分严重，其主要原因在于希腊缺乏完善的公共基础设施、救援设备、防灾救援计划。希腊的大火警醒了欧洲，火灾治理不仅需要继续加强智能监测与预警，也要不断全面系统地完善防灾救灾体系，全方位提升公共安全风险治理能力。