浅析水文气象的研究进展

摘 要：水文气象学对低层大气和地表之间的水分平衡以及水文循环进行研究。多年以来，水文气象学已形成了独立的理论体系。水文气象学主要研究对象是降水。本文对预测技术当中的流域水文模型进行了概述，列出了一些典型的预测模型技术，简述了流域水文模型的发展史。讨论了水文气象耦合预报技术的特点和挑战，如何开发出更加精准的降水信息的预测手段，仍是水文气象学技术当中的一个挑战和难题，需要继续探索研究。

关键词：水文气象 流域水文模型 水文气象耦合预报技术

1.引言

水文气象学指的是关于低层大气和地表之间的水分以及能量交换的研究，是气象学和水文学的一种分支科学。水文气象学以水文学和气象学的理论为基础原理，对低层大气和地表之间的水分平衡以及水文循环进行研究。主要研究内容包括：研究对象的降水与蒸发，地面径流以及土壤的含水量和水的转换等领域，是水文学与气象学的交叉内容。在整个地球系统当中，大气降水的预报和降水的监测、地域可能形成的洪涝灾害、区域暴雨影响以及区域干旱的可能性等事件的发生于风险评估等，另外还有区域内水资源的合理开发与利用、区域水土保持工作和水利水电工程的设计等等，都在其研究范围之内，也都是我国所秉承的可持续健康发展的重要理念的执行部分。

经过多年以来的发展，水文气象学已经形成了自己的理论体系。水文气象学的主要研究对象之一是：降水。对降水的定量和定性的预报和检测工作，一直都是研究的重点问题。这就与天气预报相结合。天气预报近年来也得到了很大进展，数字天气预报技术的问世使得关于降水预报方式由天气图法转变为数值预报法。水文气象学家一直在研究利用数学方式来进行模拟和描述水文循环的具体过程，因此也发展出了流域式的水文模型的概念。随着我国科技的飞速发展，计算机技术得到了广泛应用，遥感技术的发展促使流域水文模型向着分布式水文模型进行转变。社会经济的发展自然而然地提高了我们对水文气象产品的质量需要，现代化的水文气象技术必须与时俱进。

2. 简述流域水文模型的发展

进行流域水文技术气象预报的技术基础是对流域信息进行提取，只有提取出有效并且准确的流域水文信息才能建立出科学合适的分布式水文模型研究工作。流域信息数量繁多，利用传统的流域信息提取方法已经不能满足现在对信息流的需要了。因此，需要利用流域信息的自动提取来实现对信息的获取。最近几年，地理信息系统GIS的高速发展，促进了流域信息提取技术的发展，典型的提取技術如DEM技术便具有如下特点：高度的实用性、简易型以及自动程度高。这些特点都为流域内的特征信息提供了很好的发展条件。

数学模型的建立以及物理模型和水文学知识的结合使研究人员能够合理地建立流域水文模型。建立模型的同时需要对流域内的水文模型进行准确的描述，并且需要分析流域内的水文特征。建立的模型可以分为分布式和集总式。在国际界内集总式的水文模型建立的同时，我国的集总式水文模型也飞速发展起来，如河海大学建立的新安江水文模型。但是总体来说，我国在水文模型方面的研究还不够深入，与国际先进水平存在着很大的差距，只能说还在处于初步的探索阶段。并且缺少创新性，目前用的仍然是旧模型，至今还没有能够被界内广泛认可的新模型问世，所以关于流域水文模型的研究工作仍然任重而道远。

关于分布式水文模型，它们的提出开始于二十世纪九十年代，典型的水文模型有：三层耦合流域水文模型；基于格栅单元的分布式时变增益线水文模型；改良TOPKAPI水文模型；基于LL-I提出的LL-II水文模型；GBHM分布式流域水文模型；基于DEM与GIS的改进TOP-MODEL模型，如分布式GTOPMODEL水文模型等等。

3.简述水文气象耦合预报技术

水文预报一直以来都存在着很大的不确定性，这种不确定性来源于降水预测的准确性难以把控。降水是陆地上的水文过程的来源，因此，对于较高的准确性的分辨降水量以及高精度的降水估测以及天气预报的产品都是水文气象学的难点和研究的热点。在研究范围内的当前的流域，水文信息的模拟以及对水文降水的预报工作都来自于雨量计的数据记录，雨量计的观测站网络以及卫星网络和气象雷达网络以及数据的初预报结果，都会对水文气象的预报产生较大的影响。因此，要想提高水文预报的精度，就要克服不同技术方式的缺点，因此可以将不同的技术手段相结合，例如卫星与天气雷达的结合能够对洪水进行比较精准的预报。目前为止，世界上许多国家已经开始进行了关于水文气象的高精准研究，某些发达国家在这方面的研究比较深入，应用领域也比较广泛。例如英国的天气雷达网络，始建于二十世纪七十年代，早于一九九三年英国的天气雷达网络便有十三部天气雷达组成一种高效持续运行的模式额。因此英国的水文生态研究中心以及对河流的预报系统和水文雷达系统以及水文雷达试验都出现了客观的研究成果，并且都已经应用到了洪水的预报以及其他领域当中了。另外，美国的一种降水分析项目对水文降水的分析（HRAP）是以天气雷达测雨为基础的，并结合了卫星遥感信息技术和雨量站收集的降水实时信息，因此能够预测出比较高精度和高准确性的水文降水场。NOAA于二零二二年以WHFS为基础，逐渐发展出了一个改进的水文预报系统，该服务系统被称为AHPS系统，这种系统在水文气象预报当中能够兼顾已经由大气降落到地表的降水以及降水场的分布，同时，结合了分布式流域水文模型还能够对洪水在山区的发生进行有效的预测。降水的时空分布情况能够对水文气象预测的准确度产生直接的影响，水文预报的效果同时受到多种可变因素的制约。计算机遥感技术在水文气象预报中的广泛应用为我们提高水文气象预报的精准度提供了难以取代的技术支持，卫星遥感以及天气雷达的定量降水预测技术已经处于发展成熟当中。但是，水文预测技术在不断的发展当中仍然遇到了急需解决的难题，如怎样将卫星遥感以及天气雷达两种技术手段完美的融合在一起，并结合上地表面的雨量计的工作实时状况所提供的地面降水信息等，从而达到开发出一种更加精准的水文降水信息的技术预测手段，仍然是水文气象学技术当中的一个挑战和难题。

参考文献：

[1] 张继国，刘新仁.水文水资源中不确定性的信息熵分析方法综述[J].河海大学学报（自然科学版），2000，28（6）：32～37.

[2] 夏军.灰色系统水文学———理论、方法及应用[M].武汉：华中理工大学出版社，2000.

[3] 袁飞，谢正辉，任立良，等.气候变化对海河流域水文特性的影响[J].水利学报，2005，36（3）：274～279.

[4] 刘春蓁.气候变异与气候变化对水循环影响研究综述[J].水文， 2003.23（4）：1～7.

作者简介：

郭子君（1997.5.3-）女，汉族，陕西省临潼县，身份证号：230604199705034721，本科生，研究方向：水利水电工程