当“气象+”遇到水文——技术篇

水是人类文明之源。

回顾历史，世界文明古国的发源并非偶然：在东方，黄河和长江孕育了五千年中华文明；在印度，圣洁的恒河滋养了神圣的古印度文明；在中东，幼发拉底河和底格里斯河共同浇铸了繁荣的古巴比伦文明；在遥远的非洲，绵长的尼罗河成为辉煌的古埃及文明的滥觞之地......

一条条奔腾不息的古老河流，给予了人类最初的养份。有了水，生命才能存在，人类才能发展，世界才能生生不息。

如何看待水文气象这个交叉学科？二者如何耦合、如何共进？我们将从“气象+水文”的角度，探讨二者之间的依存关系。

 
 

作为地球系统中最敏感的圈层——大气圈和水圈，“气象”与“水象”共同掌控地球系统模拟的核心环节。从上下游的关系来说，“气象”是“水文”的上游，从服务的角度来说，气象模式的发展，也需要从水文学的角度获取更多的反馈。这样的捆绑或交叉使“气象+水文”注定会创造无限丰富的内涵。

气象与水文耦合的主要介质是降水和蒸发，气象负责在时间和空间尺度上对降水等关键要素加以预测,解决工程水文本身解决不了的问题,如:20 世纪30 年代在工程防洪设计中需要的可能最大降水估算（PMP）; 洪水预报和山洪预警中定量降雨估算和预报（QPE/QPF）; 以及21 世纪兴起的全球气候变化的陆一气相互作用等。可见, “气象+水文”的研究和应用, 推动了水文核心问题的发展。

同时，水文学的进步对气象及其它领域的反哺作用则表现在某些交叉学科：例如针对作物和生态系统的植物学和生态学，河流入海口过程模拟的海洋学，以及综合人类和水系统的社会经济学，这些进步融合到地球系统的模拟中，也会带来天气和气候预测能力的进步。

气象和水文这对地学界的孪生小姐妹，在携手拓展陆地记忆的过程中，你中有我，我中有你，密不可分。 

 

降水预报是水文预报中最重要的输入因子。随着近30年来数值天气预报的发展，实现水文预报预见期延长，预报精度增加以及在数值天气模式中陆面模式的改进——水气“双向耦合”模式已经逐渐变得可能。

目前，国家级水文气象服务技术支撑主要分为两类：精细化降水预报技术和流域分布式水文模型的构建。

 

                                                                                     核心技术1：

                                                                 无缝隙精细化智能网格降水预报

 

在全国多源观测资料以及多中心多尺度数值模式等大数据基础上，利用先进的人工智能等后处理技术和预报员主客观融合预报技术等，创新临近、短时、短中长预报无缝隙精细化智能网格降水，空间分辨率达到5公里×5公里，时间最高分辨率达到逐1小时。为水文预报提供无缝隙精细化的前端降水预报。

 

                                                                                     核心技术2：

                                                                                分布式水文模型

 

基于组合架构的松散耦合型GMKHM分布式水文模型，模型包含两个基本单位、4个产流模型与6个汇流模型；并改进基于蓄水容量曲线的混合产流模型与1/2D运动波汇流模型，提升分布式水文模型的预报性能。

 

                                                                                       核心技术3：

                                                                               水位流量预报模型

在分布式水文模型参数与下垫面定量关系中，提出了工程影响下复杂河流Muskingum-Cunge水位流量预报模型，减少水文气象服务中对水文资料的依赖。

 

基于上述自主研发的核心技术，以智能网格降水预报为驱动，建立国家级水文径流预报模型，空间分辨率实现5公里，时间分辨率可达逐6小时；针对重点区域，还可实现空间1公里分辨率，逐1小时更精细化的国家级水文预报体系。

那么，水文气象预报服务如何在业务中发挥作用？服务案例有哪些？敬请期待——当“气象+”遇到水文（成果篇）。

 

END.