2023年美國加州洪災報導(1月)

1. 氣象概述

自2022年12月底開始到2023年1月中旬，一連3周，約有6個風暴系統為加州帶來不同類型的劇烈天氣[1]，依其系統結構與尺度的差異，可分為狹窄的冷鋒雨帶(narrow cold-frontal rain bands)、炸彈氣旋(bomb cyclone)以及大氣長河(atmospheric river)。大氣長河是存在於大氣中的一條狹長水氣帶，易生成於美洲西岸外海，於海上綿延數千公里，將豐沛水氣傳送至美洲西岸，一般出現在美國西岸華盛頓州與奧勒岡州上空。2022年底至2023年初的這波大氣長河，其水氣傳送位置較為偏南，是導致此次北加州劇烈天氣頻傳的主因之一。

圖1顯示為根據美國國家氣象局氣象預報中心(Weather Predict Center, WPC)發布之地面天氣圖[2]。圖上顯示，鋒面與低壓系統出現在加州上空，並伴隨雷雨胞的發生。大氣長河除了自海上提供了雷雨胞與低壓系統源源不絕的水氣外，也提供了溫帶氣旋等風暴系統迅速發展的大氣環境。此外，受到對流運動旺盛的影響，極端降雨及暴風雪籠罩整個加州。這些風暴系統讓加州地區遭受劇烈危險天氣衝擊，包含超過約9公尺大浪、超過每小時約161公里的陣風、大範圍洪水氾濫、以及坡地災害等[1]。

圖1、美國於2022年12月31日至2023年1月1日之地面天氣預測(資料來源：WPC)

2. 降雨量分析

根據美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)的資料顯示，2022年12月底至2023年1月10日之日雨量分布如圖2所示[3]，明顯看出劇烈天氣在美國加州地區帶來豐沛降雨量；其中，文圖拉縣(Ventura County)的Nordhoff Ridge測站與聖塔芭芭拉(Santa Barbara)的San Marcos Pass測站，分別觀測到415.04毫米與407.67毫米之48小時累積降雨量(2023年1月9日至1月10日期間)[4]。

圖2、美國於2022年12月31日至2023年1月10日期間之日雨量分布圖(資料來源：NOAA)

3. 河川水位探討

根據NOAA資料顯示，豐沛豪雨造成美國加州地區河川水位快速上漲，導致多處水位測站之水位超過警戒(圖3)[3, 5]，引發洪水大範圍氾濫，包括科森尼斯河(Cosumnes River)、莫凱勒米河(Mokelumne River)以及薩利納斯河(Salinas River)等；其中，聖洛倫索河(San Lorenzo River)上游的聖克魯斯(Santa Cruz)之洪水深度於短短8小時內上漲4.84公尺，係聖洛倫索河自有紀錄(1939年)以來的最高水深[6]。

圖3、美國科森尼斯河與薩利納斯河於2022年12月31日至2023年1月13日期間之河川水位歷線(藍線為觀測水位、紫線為預報水位)(資料來源：FloodList, NOAA)

1. 災情紀錄

自2022年12月31日以來，劇烈天氣持續衝擊美國加州大部分地區，嚴重受災地區包括有聖貝尼托(San Benito)、文圖拉、聖克魯斯、蒙特雷(Monterey)、聖巴巴拉、洪堡(Humboldt)以及聖克拉拉(Santa Clara)等[7]。2022年12月31日開始的豪雨襲擊加州中部與北部的部分地區，導致舊金山灣區(San Francisco Bay Area)與聖克拉門托(Sacramento)附近地區受洪水淹沒。此外，豪雨造成威爾頓(Wilton)附近之科森尼斯河沿岸堤防發生潰堤，導致多條道路被淹沒，包括99號高速公路(圖4) [8-11]。2022年12月31日之後的接連不斷風暴，造成加州許多地區之樹木倒塌，進而損壞電力線，導致大範圍停電；部分加州沿海地區亦遭受風暴潮侵襲，導致基礎設施受損，如圖4之卡皮托拉碼頭(Capitola Wharf)受破壞；部分低窪地區則因河岸溢淹而遭受嚴重洪災(圖4)。

圖5顯示為威爾頓洪水氾濫前(2022年12月16日)、後時期(2023年1月1日)之衛星影像[12]，其中深藍色代表水體、綠色為植被、以及棕色代表地表。由比較結果可知，原有河道、湖泊等區域(深藍色)，因淹水影響有明顯的擴大範圍。

圖4、2023年美國加州遭受劇烈天氣受災情形(資料來源：NPR, ABC NEWS, ASCE.ORG)

圖5、美國加州威爾頓地區之洪水衛星影像(資料來源：NOAA)

2. 災損統計初估

根據歐盟緊急應變協調中心(Emergency Response Coordination Centre of the European Commission)截至2023年1月10日資料顯示[7]，災害導致有22人死亡，717人被緊急疏散，429所學校關閉，47條道路關閉，以及33,000用戶電力中斷。此外，根據全球巨災風險模型(global catastrophe models and risks)資料顯示，此次洪水災害給美國造成的總經濟損失可能達到50至70億美元[6]。

1. 創歷史新高降雨量之衝擊

根據美國國家氣象局(National Weather Service, NWS)資料指出，奧克蘭於2022年12月31日之觀測降雨量為120.65毫米，打破該地區於1982年之歷史降雨紀錄；舊金山市中心(San Francisco Downtown)觀測站則紀錄到138.68毫米降雨量，經歷了該地有紀錄以來(約170多年)第二多雨的一天[5]。

此外，一些地區經歷了有紀錄以來最多雨的23天(2022年12月26日至2023年1月17日，近3周)，例如舊金山灣機場(San Francisco International Airport)與奧克蘭國際機場(Oakland International Airport)，觀測到創新紀錄之3周累積降雨量，分別為388.4與148.6毫米[13]。由更進一步資料顯示，加州大部分地區在受災16天期間(2022年12月26日至2023年1月11日)的累積降雨，超過年降雨量(1991至2020年平均值)的一半以上(圖6)[14]。

因此，加州受到創歷史紀錄的降雨量衝擊，使得排水系統無法順利宣洩，故造成舊金山與其他城市中心的許多低窪地區被洪水淹沒。根據WPC資料顯示，自2022年12月26日至2023年1月11日期間，加州遭受了統計約共955件之洪水與土石流災情(圖7)[15]，與圖6之降雨分布比對，可看出災情地點大致發生於降雨集中的範圍，包括舊金山灣區(San Francisco Bay Area)與弗雷斯諾(Fresno)等。整體而言，強降豪雨大幅增加洪災與土石流災害風險，造成加州國道與地方道路等交通設施首當其衝的受到嚴重破壞。

圖6、美國加州16天期間(2022年12月26日至2023年1月11日)累積降雨與年平均雨量比較結果(資料來源：WPC)

圖7、美國加州於2022年12月26日至2023年1月11日期間之洪水與土石流災點分布(資料來源：WPC)

2. 飽和地表含水量致使洪災高風險

根據NOAA資料顯示，災前加州大部分區域之地表土壤含水量多為乾燥狀態(2022年12月26日)，如圖8顯示為美國西部地區之地表土壤含水量分布圖[16]，其中的顏色代表與長期土壤濕度紀錄(1948年至2012年)相比之百分比，藍色區域代表觀測地表土壤含水量比歷史平均值多，橙紅色區域則為比平時較少。經由災後2023年1月9日之地表土壤含水量分布得知，由於受強降雨持續入滲至土壤中，地表土壤含水量漸漸趨近飽和(藍色區域範圍增加)，加上降雨持續進行中，來不及入滲或是因土壤飽和無法容納過多水分時，則會在地面順著地形向下流動，形成大量地表逕流，致使加州處於洪災的高風險狀態。因此，加州除了受到大量降雨衝擊，地面飽和加上連續強風效應，造成先前因乾旱而受壓的樹木被連根拔起，倒塌的樹木導致對鄰近的電網、汽車以及財產造成損害。

圖 8、美國西部地區地表土壤含水量(資料來源：NOAA)

3. 乾旱中的洪水

加州於洪災之前，正處於嚴重乾旱緊急狀態。根據美國國家乾旱應變中心(US National Drought Mitigation Center, NDMC)之資料指出(圖9)[17]，於2022年12月27日的乾旱資訊顯示，加州的41%地區屬於極端(extreme)與異常(exceptional)乾旱。洪災過後之2023年1月17日資料顯示，加州的90%以上地區，則降低為中度(moderate)與嚴重(severe)乾旱，代表乾旱情況已有改善。然而，災前加州的三年極端乾旱導致土壤板結(soil compaction)，不易使雨水入滲至土壤，造成降雨滲透減少，逕流增加，導致洪水風險增加，因此未來應迫切整合乾旱與洪水之風險管理。

儘管降雨帶來加州嚴重的淹水災情，但其降雨量亦帶來水庫水位上升，對供水狀況有一定程度的改善。圖10為加州北部地區重要水庫於2023年1月14日之水庫水情[18]，雖然許多水庫還不到半滿水位，但受惠於本次降雨量，仍有一些水庫已達到或高於歷史平均水平；例如，奧羅維爾(Oroville)水庫容量為54%，已達到歷史平均水平的99%。

圖 9、美國加州分別於2022年12月27日及2023年1月17日之乾旱訊息(資料來源：NDMC)

圖 10、美國加州北部重要水庫於2023年1月14日之水庫水情

美國加州自2022年12月底至2023年1月21日為止，約有2,500萬人位於洪水暴發的警戒範圍，由於災情嚴重，美國總統拜登(Joe Biden)在2023年1月14日宣布加州進入緊急狀態的「重大災害宣言」[19]，請聯邦政府提供援助工作，授權國土安全部聯邦緊急事務管理署(Federal Emergency Management Agency, FEMA)協調所有救災工作，並根據1988年實施的「斯塔福德法案」(Stafford Act)授權的緊急措施，為需要的人提供適當援助，以挽救生命並保護財產和公共健康與安全。

「斯塔福德法案」全名為「斯塔福德災難與緊急援助法」(Robert T. Stafford Disaster Relief and Emergency Assistance Act），屬於美國聯邦法律，在面臨重大災難時，由聯邦的層級有系統地向州政府與地方政府提供災難的援助，包含動用聯邦基金。由FEMA主導，可動用28個聯邦機構與美國紅十字會等非政府組織，用以協助救災工作[20]。

圖11顯示為本次FEMA批准的災區範圍，其中受災嚴重的加州中部沿海地區可獲得個別與公共的援助[21]。救災工作方面，加州政府為受風暴影響的加州地區受災人民提供稅收減免。美國政府許多單位也加入災害復原工作，包括美國農業部農場服務局(U.S. Department of Agriculture Farm Service Agency)，提出加州農場受災區之緊急保護計劃申請、受洪水影響的加州農民與畜牧生產者提供救災援助、牲畜援助、農場貸款以及作物損失援助等；美國食品與藥物管理局(U.S. Food and Drug Administration)則針對受洪水與停電影響的食品及動物糧食作物安全，提出援助計畫申請；美國小型企業管理局(U.S. Small Business Administration)進行嚴重災難貸款援助[22]。

圖11、美國加州可申請災難援助之地區(資料來源：FEMA)

為緩解救災支出，洪災保險不僅可紓解國家防救災損失，亦可降低財務風險，然而目前全加州尚不到2%家庭擁有洪災保險[6]。在購買房屋時，民眾會參考FEMA提供的國家洪水災害地圖，但洪災地圖仍有預測上的不確定性，例如未考慮當地排水系統容量，故地圖僅能反應過去的洪水情況，並無法提供給未來氣候變化或海平面上升情況下之洪水災害參考。為能夠提供更加實際合理並更好反應洪水風險費率，FEMA正在通過實施一種稱為風險評級2.0(Risk Rating 2.0)的新定價方法，以更新國家洪水保險計劃(National Flood Insurance Program, NFIP)的風險評級[23, 24]。該方法在計算洪水保險費率時將更多因子納入考慮，包括造成財產損失之不同洪水類型、洪水來源(如海岸或河流)的距離、以及不同洪水頻率等。此外，由於風險評級2.0考慮了成本重建機制，FEMA可根據房屋之價值與洪水風險，在所有保單持有人之間分配保費，所以系統會更加公平。

2022年12月底至2023年1月中旬的短短近3周內，美國加州經歷了多次大氣長河接續衝擊，引發暴風雨，後續造成強降雨、洪水氾濫、土石流、樹木倒塌、河岸潰堤等。此外，劇烈天氣亦帶來加州創紀錄降雨，其中奧克蘭打破該地區於1982年之歷史降雨紀錄，亦帶來聖洛倫索河自有紀錄(85年前)以來的最高洪水深度。災害總計造成加州22人死亡，717人被緊急疏散，429所學校關閉，47條道路關閉，以及33,000用戶電力中斷。然而風暴系統帶來豐沛降雨，加州一些重要水庫水位上升，使得加州多年乾旱狀況暫時獲得舒緩。2023年1月14日美國總統拜登宣布加州進入「重大災害」之緊急狀態，許多機構單位加入災害援助與復原工作。為能夠緩解救災支出，FEMA考慮更多因子(包括不同洪災類型造成之財產損失、災害影響的距離以及不同洪水頻率等)，提供風險評級2.0之洪災保險計劃，讓保險費率更加合理。