水文气象
录入时间:2012/10/16 录入：网站管理员
中长期水文预报mid-and-long term hydrologic forecasting 中长期水文预报通常泛指预见期超过流域最大汇流时间，且在3天以上，1年以内的水文预报。预报内容主要有：径流量、河口的水位、冰清、河道及冲於变化和旱涝趋势等。水文情势长期间变化的主要影响因素有大气环流、太阳活动、下垫面情况、其他天文地球物理因素（如地球自转速度的变化、火山爆发、行星相对位置等）、人类活动。
水文统计方法是通过水文资料的统计分析进行概率预测。可分为两大类：一类是分析水文要素自身随时间变化的统计规律，然后用这种规律进行预报，如历史演变法、时间序列分析法等；另一类是用多元回归分析法，建立预报方案，进行预报。目前应用较广的水文统计预报方法主要有多元回归分析与时间序列两大类。
1.1 成因分析
①由前期大气环流形势预测后期水文情况
大气降水是河川径流的主要水源，而降水又与大气环流有着密切的联系。一个流域或地区发生旱涝是与大气环流联系在一起的。因此分析研究大气环流与水文要素之间的关系一直是水文气象工作者深入探讨的课题。大气环流具有全球性的特点，因此主要采用北半球500百帕月平均形势图或能反映主要环流指数和环流特征量作为依据。根据水文情势和环流的历史资料，概括出旱涝年前期环流特征的模式，由前期环流特征作为后群期水文情况的定性预测；或在月平均形势图上找出与预报对象关系显著的地区和时段，从中挑选物理意义明确、统计贡献显著的因子，用逐步回归或其他多元分析方法与预报对象建立方程，据此作出定量预报。
②根据前期海温分布特征进行预报
海温的异常分布具有范围广、厚度大、持续时间长等特点，它往往是大气环流异常的先兆，能为长期水文预报提供信息。根据历史资料概括出旱涝年前期海温分布的模式后，可由前期海温分布特征对后期水文状况作出定性预估；或考虑时间与空间上的连续性，在关键海域和关键时段内挑选若干地点的海温作为预报因子，并与预报对象建立回归方程，进行定量预报。
③利用太阳活动的某些信息进行预报
主要利用太阳黑子相对数来反映太阳活动的强弱，根据太阳黑子数11年周期的位相或分析黑子数的变化与江河水量变化之间的对应关系，定量预测后期可能发生的旱涝。例如刘清仁以太阳黑子活动为中心，以长期和超长期水文预报为目标，用数理统计分析方法，分析了太阳黑子和厄尔尼诺事件对松花江流域水文影响特征及其水旱灾害发生的基本规律，揭示了降水量按磁周期呈丰、枯水变化的规律。
对于大范围气象预报来说，预报的雨区与实况差上几十公里，甚至是二、三百公里也属在允许的误差范围之内，可是这种误差，对于防汛工作者有时会带来极其不同的结果。例如，1983年7月20日至23日，受江淮切变线影响，淮河流域普降大雨和暴雨，洪水猛涨，24日上午开启王家坝阐向蒙河洼地分洪。经计算机模拟计算，如果暴雨中心移至息县以上，则息县站的洪峰流量成倍增加，王家坝站的洪峰流量也将增加23%，这会加重防洪抢险任务，若暴雨中心移至淮北洪汝河，则形势大不相同。息县站洪峰流量减少84%，王家坝洪峰流量减少32%，就不需要分洪了，有时候暴雨中心位置差上几十公里，就会造成暴雨中心是在分水岭这边或是那边，是在水库上游或下游的巨大差别，其洪水形势更是截然不同了。
水利工作对暴雨的落点、中心强度和出现时间等方面的预报精度要求较高，而暴雨预报却是气象预报的一个难题，因而大大影响了气象预报在水利工作中的应用。水文气象作为一门应用学科，必须要努力探索怎样使用气象预报的现有的知识和技术，更好地为防汛工作服务，把防汛工作提高到在现有的技术状况下应该具有的科学水平。
对于日常气象天气预报来说，降水、风、温度等都有着同样的预报意义，降水又分为许多等级，大雨报成了小雨，或者小雨报成了大雨，都是同样的错误。对于某一种天气来说，空报和漏报也是同样的错误。而防汛天气防报却只关心有没有暴雨，而且对于空报和漏报的评价也不相同。
在没有洪水出现的时候，防汛工作中主要需要知道未来有没有暴雨洪水发生。而如果报没有暴雨而实际上出现了暴雨，尤其是特大暴雨，那么就会造成严重的后果。在日常工作中，防汛人员对于天气预报的使用是有选择的，当预报有暴雨时，他们特别提高警惕性，而当预报无暴雨时，也不能掉以轻心。这个时候，如果天气预报报空了，报有暴雨而实际上没有暴雨，相对来说，问题倒不是很大。但是，另一方面，当有了大的暴雨洪水出现，河流水位猛涨，需要确定是否要采取分洪措施的时候，准确的无暴雨预报意义非常重大。例如，1981年长江上游洪水，7月14日中午以后，气象预报均报15日以后三天内重庆寸滩以下无大雨，从而为不使用荆江分洪区分洪的决策提供了主要依据，避免了国家和人民财产的重大损失。
防汛天气预报有其自身的特殊性，因而完全照搬气象预报的现行方法是不恰当的，应当加以改进。
首先，为了不漏报特大暴雨，必须充分利用一切暴雨天气的信息，不能轻易地进行肯定相否定的回答。例如，暴雨的可能性是40%，无暴雨的可能性是60%，气象天气预报将发布无暴雨，而作为防汛天气预报此时应发布40%的可能性出现暴雨。只有在完全肯定无暴雨时，才能预报无暴雨。人的思维中有准确性的一面，同时也包含有一定允许度的模糊性。人们对暴雨天气的预报的认识，在肯定与否定之间，符合与不符合之间也有着过渡阶段和中间状态，这是客观存在。反映在防汛天气预报中，应当开展可能性暴雨预报，这样，可以使防汛人员使用天气预报时，心中有数。在拿不准的天气过程中，防汛人员可以"反供参考"，慎重掌握。对于天气预报拿得准的时候，可以放心使用，大胆决策。
事实上，在气象预报中，无暴雨预报在许多时候都是完全可以报准的，只要先把无暴雨预报报准，对于特大暴雨不漏报，再进一步提高可能暴雨预报的精确度，逐步减少空报，消除漏报。
作为例子下面对黄淮海地区台风特大暴雨进行一个简单分析。
黄淮海地区的洪水几乎都是由暴雨所造成，而造成这一地区的暴雨的天气系统有很多。海滦河流域1954一1984年31年海滦河流域特大暴雨过程中，暴雨中心三天实测降水量大于500毫米的共有13次，其中台风暴雨有7次，占总数的54%。暴雨中心三天实测降水量大于600毫米的有4次，其中1956年平山省狮子坪暴雨，1978年天津蓟县别山公社暴雨，1982年漳、卫河上游暴雨都是由于台风天气系统的影响所造成，只有1963年8月上旬海河流域特大暴雨是由于西南涡引起，但是在其后期8月5一9日，台风与副高之间的东南水汽流仍然起了重要作用，8月7日以后东南风的水汽输送又形成了"63.8"暴雨过程中的第二个降雨高峰。
淮河"75.8"特大暴雨是我国大陆上降水强度最大的暴雨，它是由于台风登陆所引起。黄河三花间有实测纪录以来的两次特大暴雨也是台风天气系统的影响所造成，它引起了黄河花园口1958和1982年两次建国以来的最大洪水。从太行山麓到燕山山麓的大型水库来看，漳、卫河岳城水库、滹陀河黄壁庄水库、潮白河密云水库，滦河潘家口水库等大型水库流域的最大暴雨和最大洪水也都是由于台风天气系统的影响所造成。从现有的实测纪录来看，可以说，台风特大暴雨是引起黄淮海地区特大洪水的最主要的原因。
黄淮海地区台风特大暴雨的发生，是有一定的规律的，根据对黄淮海地区影响最大的八次台风特大暴雨的分析，在暴雨过程开始前2一3天，西太平洋副高中心全都在250N以北。大多数情况下，在300N以北，暴雨过程开始前一天和开始的时候，则几乎都在300N以北。最偏北的个例是1972年7月26一28日这次天气过程。在天气过程开始前3天到天气过程结束，副热带高压中心都位于400N附近的日本和日本海地区。西太平洋副热带高压西伸的程度对于不同的地区有很大不同。对于淮河和黄河三花间地区来说，副高脊线的西脊点的位置比较偏西，而对于京津唐地区来说，副高脊线西脊点位置最为偏东。
从1956-1984年8次台风特大暴雨台风中心的移动过程来看（图4），暴雨过程开始前2一3天，台风中心都在120一1300E和19一300N之间的海洋上。当它们向西北方向移动到台湾岛和淅江、福建沿海一带的时候，黄淮海地区的降水就会开始。当台风中心还远在台湾海峡或刚刚在福建登陆时，黄河三花间的特大暴雨就会达到最大、而对于淮河流域和海河流域来说，一般是低压中心登陆之后，台风低压中心逐渐移近暴雨时，特大暴雨达到最强。
因此，在1200一1300E和20°一300N范围内的东和南边界附近的海洋上，一旦出现向西移动的台风，就要密切监视，这样可以保证造成黄淮海地区特大暴雨的台风天气系统不会被漏掉。而且对于持大暴雨天气的出现有2一3天预见期。
然后再分析西太平洋副高的位置、强度和动向，看是否有利于台风向西北移动和具体可能影响的地区。
日本和日本海附近高压中心的存在和加强是黄河三花间和海滦河流域出现特大暴雨的一个明显特征。因此，在暴雨天气前1一2天，500和700毫巴层上，这一地区高压中心或者正变高的出现，是一个很好的预报指标。
黄淮海地区每一次台风特大暴雨都是在中纬度大型环流系统调整过程中出现的。台风东北侧与副热带高压之间的东南暖湿气流与中纬度干冷空气相互作用是特大暴雨的基础。东南低空急流是这种中低纬天气系统相互作用的纽带，它不断地向暴雨区输送水汽和能量，对暴雨天气过程的产生和维持有着重要作用。在预报指标上，江苏、浙江一带700毫巴和850毫巴偏东南风的出现和加强是一个重要特征。
如果冷空气活动偏南，河套南边有冷空气向东移动，与东风低空急流位置配置合适，则应分析黄河三花间特大暴雨出现的可能性。
如果冷空气比较偏北，在河套附近及其北侧东移，副高中心比较偏北，则应注意海河流域特大暴雨的出现。
如果台风登陆后路径比较偏西偏南，在河南山东两边有可能形成西南--东北向的高低压对峙形势。则应注意台风低压中心在河南南边的停滞而造成淮河上游特大暴雨。
当某一地区降水天气已经出现，那么就要进一步地根据各个天气系统的配置、动向和强度变化，作出更具体的预报。
现在，气象部门在沿海已经有了监测台风的雷达网，再加上卫星观测等技术，对台风的强度和移动已经可以准确地发布警报和各种报告，对其未来动向也可以作出比较好的预报。因此，在防汛天气预报中，不会由于登陆台风漏测，而漏报它所引起的特大暴雨。现在各地气象台站都积累了丰富的台风暴雨的预报经验，只要深入研究黄淮海地区台风暴雨的发生发展规律，逐步建立和完善对台风和暴雨的预报方法，那么，就会使防汛天气预报真正成为防汛工作的耳目。
水文统计方法是通过水文资料的统计分析进行概率预测。可分为两大类：一类是分析水文要素自身随时间变化的统计规律，然后用这种规律进行预报，如历史演变法、时间序列分析法等；另一类是用多元回归分析法，建立预报方案，进行预报。目前应用较广的水文统计预报方法主要有多元回归分析与时间序列两大类。
1.1 成因分析
①由前期大气环流形势预测后期水文情况
大气降水是河川径流的主要水源，而降水又与大气环流有着密切的联系。一个流域或地区发生旱涝是与大气环流联系在一起的。因此分析研究大气环流与水文要素之间的关系一直是水文气象工作者深入探讨的课题。大气环流具有全球性的特点，因此主要采用北半球500百帕月平均形势图或能反映主要环流指数和环流特征量作为依据。根据水文情势和环流的历史资料，概括出旱涝年前期环流特征的模式，由前期环流特征作为后群期水文情况的定性预测；或在月平均形势图上找出与预报对象关系显著的地区和时段，从中挑选物理意义明确、统计贡献显著的因子，用逐步回归或其他多元分析方法与预报对象建立方程，据此作出定量预报。
②根据前期海温分布特征进行预报
海温的异常分布具有范围广、厚度大、持续时间长等特点，它往往是大气环流异常的先兆，能为长期水文预报提供信息。根据历史资料概括出旱涝年前期海温分布的模式后，可由前期海温分布特征对后期水文状况作出定性预估；或考虑时间与空间上的连续性，在关键海域和关键时段内挑选若干地点的海温作为预报因子，并与预报对象建立回归方程，进行定量预报。
③利用太阳活动的某些信息进行预报
主要利用太阳黑子相对数来反映太阳活动的强弱，根据太阳黑子数11年周期的位相或分析黑子数的变化与江河水量变化之间的对应关系，定量预测后期可能发生的旱涝。例如刘清仁以太阳黑子活动为中心，以长期和超长期水文预报为目标，用数理统计分析方法，分析了太阳黑子和厄尔尼诺事件对松花江流域水文影响特征及其水旱灾害发生的基本规律，揭示了降水量按磁周期呈丰、枯水变化的规律。
对于大范围气象预报来说，预报的雨区与实况差上几十公里，甚至是二、三百公里也属在允许的误差范围之内，可是这种误差，对于防汛工作者有时会带来极其不同的结果。例如，1983年7月20日至23日，受江淮切变线影响，淮河流域普降大雨和暴雨，洪水猛涨，24日上午开启王家坝阐向蒙河洼地分洪。经计算机模拟计算，如果暴雨中心移至息县以上，则息县站的洪峰流量成倍增加，王家坝站的洪峰流量也将增加23%，这会加重防洪抢险任务，若暴雨中心移至淮北洪汝河，则形势大不相同。息县站洪峰流量减少84%，王家坝洪峰流量减少32%，就不需要分洪了，有时候暴雨中心位置差上几十公里，就会造成暴雨中心是在分水岭这边或是那边，是在水库上游或下游的巨大差别，其洪水形势更是截然不同了。
水利工作对暴雨的落点、中心强度和出现时间等方面的预报精度要求较高，而暴雨预报却是气象预报的一个难题，因而大大影响了气象预报在水利工作中的应用。水文气象作为一门应用学科，必须要努力探索怎样使用气象预报的现有的知识和技术，更好地为防汛工作服务，把防汛工作提高到在现有的技术状况下应该具有的科学水平。
对于日常气象天气预报来说，降水、风、温度等都有着同样的预报意义，降水又分为许多等级，大雨报成了小雨，或者小雨报成了大雨，都是同样的错误。对于某一种天气来说，空报和漏报也是同样的错误。而防汛天气防报却只关心有没有暴雨，而且对于空报和漏报的评价也不相同。
在没有洪水出现的时候，防汛工作中主要需要知道未来有没有暴雨洪水发生。而如果报没有暴雨而实际上出现了暴雨，尤其是特大暴雨，那么就会造成严重的后果。在日常工作中，防汛人员对于天气预报的使用是有选择的，当预报有暴雨时，他们特别提高警惕性，而当预报无暴雨时，也不能掉以轻心。这个时候，如果天气预报报空了，报有暴雨而实际上没有暴雨，相对来说，问题倒不是很大。但是，另一方面，当有了大的暴雨洪水出现，河流水位猛涨，需要确定是否要采取分洪措施的时候，准确的无暴雨预报意义非常重大。例如，1981年长江上游洪水，7月14日中午以后，气象预报均报15日以后三天内重庆寸滩以下无大雨，从而为不使用荆江分洪区分洪的决策提供了主要依据，避免了国家和人民财产的重大损失。
防汛天气预报有其自身的特殊性，因而完全照搬气象预报的现行方法是不恰当的，应当加以改进。
首先，为了不漏报特大暴雨，必须充分利用一切暴雨天气的信息，不能轻易地进行肯定相否定的回答。例如，暴雨的可能性是40%，无暴雨的可能性是60%，气象天气预报将发布无暴雨，而作为防汛天气预报此时应发布40%的可能性出现暴雨。只有在完全肯定无暴雨时，才能预报无暴雨。人的思维中有准确性的一面，同时也包含有一定允许度的模糊性。人们对暴雨天气的预报的认识，在肯定与否定之间，符合与不符合之间也有着过渡阶段和中间状态，这是客观存在。反映在防汛天气预报中，应当开展可能性暴雨预报，这样，可以使防汛人员使用天气预报时，心中有数。在拿不准的天气过程中，防汛人员可以"反供参考"，慎重掌握。对于天气预报拿得准的时候，可以放心使用，大胆决策。
事实上，在气象预报中，无暴雨预报在许多时候都是完全可以报准的，只要先把无暴雨预报报准，对于特大暴雨不漏报，再进一步提高可能暴雨预报的精确度，逐步减少空报，消除漏报。
作为例子下面对黄淮海地区台风特大暴雨进行一个简单分析。
黄淮海地区的洪水几乎都是由暴雨所造成，而造成这一地区的暴雨的天气系统有很多。海滦河流域1954一1984年31年海滦河流域特大暴雨过程中，暴雨中心三天实测降水量大于500毫米的共有13次，其中台风暴雨有7次，占总数的54%。暴雨中心三天实测降水量大于600毫米的有4次，其中1956年平山省狮子坪暴雨，1978年天津蓟县别山公社暴雨，1982年漳、卫河上游暴雨都是由于台风天气系统的影响所造成，只有1963年8月上旬海河流域特大暴雨是由于西南涡引起，但是在其后期8月5一9日，台风与副高之间的东南水汽流仍然起了重要作用，8月7日以后东南风的水汽输送又形成了"63.8"暴雨过程中的第二个降雨高峰。
淮河"75.8"特大暴雨是我国大陆上降水强度最大的暴雨，它是由于台风登陆所引起。黄河三花间有实测纪录以来的两次特大暴雨也是台风天气系统的影响所造成，它引起了黄河花园口1958和1982年两次建国以来的最大洪水。从太行山麓到燕山山麓的大型水库来看，漳、卫河岳城水库、滹陀河黄壁庄水库、潮白河密云水库，滦河潘家口水库等大型水库流域的最大暴雨和最大洪水也都是由于台风天气系统的影响所造成。从现有的实测纪录来看，可以说，台风特大暴雨是引起黄淮海地区特大洪水的最主要的原因。
黄淮海地区台风特大暴雨的发生，是有一定的规律的，根据对黄淮海地区影响最大的八次台风特大暴雨的分析，在暴雨过程开始前2一3天，西太平洋副高中心全都在250N以北。大多数情况下，在300N以北，暴雨过程开始前一天和开始的时候，则几乎都在300N以北。最偏北的个例是1972年7月26一28日这次天气过程。在天气过程开始前3天到天气过程结束，副热带高压中心都位于400N附近的日本和日本海地区。西太平洋副热带高压西伸的程度对于不同的地区有很大不同。对于淮河和黄河三花间地区来说，副高脊线的西脊点的位置比较偏西，而对于京津唐地区来说，副高脊线西脊点位置最为偏东。
从1956-1984年8次台风特大暴雨台风中心的移动过程来看（图4），暴雨过程开始前2一3天，台风中心都在120一1300E和19一300N之间的海洋上。当它们向西北方向移动到台湾岛和淅江、福建沿海一带的时候，黄淮海地区的降水就会开始。当台风中心还远在台湾海峡或刚刚在福建登陆时，黄河三花间的特大暴雨就会达到最大、而对于淮河流域和海河流域来说，一般是低压中心登陆之后，台风低压中心逐渐移近暴雨时，特大暴雨达到最强。
因此，在1200一1300E和20°一300N范围内的东和南边界附近的海洋上，一旦出现向西移动的台风，就要密切监视，这样可以保证造成黄淮海地区特大暴雨的台风天气系统不会被漏掉。而且对于持大暴雨天气的出现有2一3天预见期。
然后再分析西太平洋副高的位置、强度和动向，看是否有利于台风向西北移动和具体可能影响的地区。
日本和日本海附近高压中心的存在和加强是黄河三花间和海滦河流域出现特大暴雨的一个明显特征。因此，在暴雨天气前1一2天，500和700毫巴层上，这一地区高压中心或者正变高的出现，是一个很好的预报指标。
黄淮海地区每一次台风特大暴雨都是在中纬度大型环流系统调整过程中出现的。台风东北侧与副热带高压之间的东南暖湿气流与中纬度干冷空气相互作用是特大暴雨的基础。东南低空急流是这种中低纬天气系统相互作用的纽带，它不断地向暴雨区输送水汽和能量，对暴雨天气过程的产生和维持有着重要作用。在预报指标上，江苏、浙江一带700毫巴和850毫巴偏东南风的出现和加强是一个重要特征。
如果冷空气活动偏南，河套南边有冷空气向东移动，与东风低空急流位置配置合适，则应分析黄河三花间特大暴雨出现的可能性。
如果冷空气比较偏北，在河套附近及其北侧东移，副高中心比较偏北，则应注意海河流域特大暴雨的出现。
如果台风登陆后路径比较偏西偏南，在河南山东两边有可能形成西南--东北向的高低压对峙形势。则应注意台风低压中心在河南南边的停滞而造成淮河上游特大暴雨。
当某一地区降水天气已经出现，那么就要进一步地根据各个天气系统的配置、动向和强度变化，作出更具体的预报。
现在，气象部门在沿海已经有了监测台风的雷达网，再加上卫星观测等技术，对台风的强度和移动已经可以准确地发布警报和各种报告，对其未来动向也可以作出比较好的预报。因此，在防汛天气预报中，不会由于登陆台风漏测，而漏报它所引起的特大暴雨。现在各地气象台站都积累了丰富的台风暴雨的预报经验，只要深入研究黄淮海地区台风暴雨的发生发展规律，逐步建立和完善对台风和暴雨的预报方法，那么，就会使防汛天气预报真正成为防汛工作的耳目。
