變化環(huán)境下氣象水文預(yù)報(bào)研究進(jìn)展

楊陽(yáng) 劉敏 武警山西省總隊(duì)

氣象水文預(yù)報(bào)指的是將氣象條件和水文特征進(jìn)行結(jié)合，從而對(duì)一定流域內(nèi)的未來(lái)降水的水位、流量、落時(shí)、落區(qū)還有洪水產(chǎn)生趨勢(shì)等預(yù)報(bào)。其在防洪降災(zāi)的整個(gè)體系中具有非常重要的作用。隨著水文預(yù)報(bào)中的有效預(yù)見(jiàn)期的延長(zhǎng)，其預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度就越高，因此，所能發(fā)揮的價(jià)值就變得越大。通過(guò)對(duì)降水?dāng)?shù)據(jù)的多重整合以及建立起水文預(yù)報(bào)的模型等手段，可以從實(shí)際上真實(shí)反映區(qū)域內(nèi)的氣象水文情況。

一、變化環(huán)境下氣象水文預(yù)報(bào)的技術(shù)研究

（一）降水監(jiān)測(cè)及估算方法

定量降水的估測(cè)是氣象天文預(yù)報(bào)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)及估算的方法主要有三種，第一種是實(shí)況插值方法，這種方法是在對(duì)掌握有限雨量站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，從而展開(kāi)預(yù)報(bào)工作[1]。此外，還因?yàn)椴逯道碚摰牟煌溥€可細(xì)分出多種方法，其中應(yīng)用范圍比較全面的是泰森多邊形法還有算術(shù)平均法。第二種是回歸分析法，這種方法是針對(duì)造成降水分布變化的因子進(jìn)行選擇，分析這些因子與降水量之間存在的關(guān)系，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算，從而獲得具體的降水量分布函數(shù)。第三種是遙感方法，這種方法主要是應(yīng)用具備測(cè)雨功能的衛(wèi)星、雷達(dá)等遙感技術(shù)估算降水量。不過(guò)實(shí)況插值方法和回歸分析方法很容易受到觀測(cè)站位置、空間代表、密度等諸多因素作用而在使用上產(chǎn)生了較大的限制。遙感方法對(duì)于估算降水量具有高質(zhì)量的時(shí)空分辨率，從而已成為目前氣象水文預(yù)報(bào)中降水估算研究的關(guān)注重點(diǎn)。

（二）短時(shí)定量降水預(yù)報(bào)

現(xiàn)階段在12小時(shí)以?xún)?nèi)的氣象水文預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，采用的是數(shù)值模式進(jìn)行是定量降水預(yù)報(bào)，不過(guò)這個(gè)因?yàn)楫a(chǎn)生了預(yù)報(bào)模式起轉(zhuǎn)的問(wèn)題從而與實(shí)際預(yù)測(cè)的情況有所差異，因而在短時(shí)定量降水預(yù)報(bào)上還是更傾向于臨近預(yù)報(bào)技術(shù)和數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)兩者之間的融合發(fā)展。具體細(xì)分，0-2小時(shí)內(nèi)的定量降水預(yù)報(bào)主要應(yīng)用以雷達(dá)數(shù)據(jù)作為支撐的雷暴識(shí)別追蹤還有外推預(yù)報(bào)。3-6小時(shí)內(nèi)的定量降水預(yù)報(bào)則是運(yùn)用衛(wèi)星雷達(dá)還有自動(dòng)站等高時(shí)空監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（三）中短期和延伸期降水預(yù)報(bào)

中短期的定量降水預(yù)報(bào)還是在應(yīng)用數(shù)值模式的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)行的，如果預(yù)見(jiàn)期在24-48小時(shí)之內(nèi)，需要融合天氣學(xué)知識(shí)技術(shù)進(jìn)行降水預(yù)報(bào)，如果預(yù)見(jiàn)期持續(xù)延長(zhǎng)，那么對(duì)于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的依賴(lài)性還要更強(qiáng)。我國(guó)目前的數(shù)值預(yù)報(bào)研究與發(fā)達(dá)國(guó)家的成果還是存在著一些差距的，不過(guò)隨著中國(guó)的QPF預(yù)報(bào)技術(shù)和空間分辨率的提升，將促進(jìn)氣象水文預(yù)報(bào)服務(wù)獲得更高質(zhì)量的發(fā)展空間。

延伸期降水預(yù)報(bào)主要借助于大數(shù)據(jù)、動(dòng)力模式還有經(jīng)典統(tǒng)計(jì)來(lái)推進(jìn)延伸期降水預(yù)報(bào)工作的開(kāi)展。當(dāng)前，延伸期降水預(yù)報(bào)逐漸擴(kuò)大預(yù)報(bào)的范圍，從開(kāi)始階段的降水趨勢(shì)預(yù)報(bào)發(fā)展到了對(duì)降水過(guò)程以及逐日雨量的預(yù)報(bào)。

（四）洪水預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)用

洪水預(yù)報(bào)同樣是氣象水文的重要部分，是我們進(jìn)行防洪救災(zāi)的一項(xiàng)重要的措施。隨著時(shí)間發(fā)展和技術(shù)的改造升級(jí)，特別是九十年代以來(lái)，收獲的技術(shù)成果非常豐碩。洪水預(yù)報(bào)的方式主要以經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒓偢拍钅Ｐ瓦€有分布式水文模型，隨著未來(lái)的發(fā)展，洪水預(yù)報(bào)技術(shù)將會(huì)在傳統(tǒng)方法的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和以下墊面地理信息的分布式水文模型相融合、水文學(xué)知識(shí)與水力學(xué)知識(shí)相融合以及氣象水文預(yù)報(bào)耦合的基礎(chǔ)上向前發(fā)展。

（五）氣象水文耦合技術(shù)應(yīng)用

天氣預(yù)報(bào)的模式應(yīng)用預(yù)報(bào)結(jié)果受到了基于數(shù)值的天氣預(yù)報(bào)模式還有流域內(nèi)水文模型在時(shí)空分辨率上的差異影響[2]，因而受到了較大的制約作用，從而催生了全面系統(tǒng)地展開(kāi)基于數(shù)值天氣的模式和流域水文模型的尺度進(jìn)行匹配的方法實(shí)踐，運(yùn)用動(dòng)力釋用還有資料同化等方法縮小兩者之間的差異，實(shí)現(xiàn)氣象水文耦合技術(shù)的高效發(fā)展。

二、變化環(huán)境下氣象水文預(yù)報(bào)的研究展望

（一）建立以新技術(shù)為核心的共享體系

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的有效整合，可以實(shí)現(xiàn)以政府作為主導(dǎo)建立起信息交流的中心平臺(tái)，將相關(guān)行業(yè)的理論技術(shù)進(jìn)行共享，此外，還能將不同區(qū)域內(nèi)的所監(jiān)測(cè)到的信息數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)的氣象狀況、水文狀況等，與航運(yùn)、電力等行業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合從而達(dá)成信息交流的目標(biāo)。

（二）加強(qiáng)氣象水文耦合技術(shù)研究

加強(qiáng)氣象水文耦合技術(shù)研究，從而實(shí)現(xiàn)提高氣象水文預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度還有延長(zhǎng)洪水監(jiān)測(cè)的預(yù)見(jiàn)期。通過(guò)對(duì)水文氣象核心技術(shù)的研究，綜合利用多項(xiàng)技術(shù)，結(jié)合數(shù)值模式還有集合預(yù)報(bào)的最新應(yīng)用情況，促進(jìn)監(jiān)測(cè)外推、數(shù)值預(yù)報(bào)還有人工訂正三者之間的深度融合，進(jìn)一步研發(fā)可實(shí)時(shí)發(fā)布水文預(yù)報(bào)的分布式以及概念性的水文模型。

此外，還要建立起智能化的旱澇災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警以及輔助雨水資源應(yīng)用決策的平臺(tái)，推進(jìn)相關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)進(jìn)行結(jié)合，挖掘行業(yè)內(nèi)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享交流，從而提供高質(zhì)量的氣象水文預(yù)報(bào)服務(wù)。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，信息技術(shù)的高速發(fā)展，我國(guó)在變化環(huán)境下應(yīng)用氣象水文預(yù)報(bào)技術(shù)將會(huì)越來(lái)越成熟。不過(guò)總的來(lái)看。現(xiàn)階段在預(yù)報(bào)降水和落地的精確程度以及時(shí)空分辨率上還有較大的發(fā)展空間，在水文模型的建構(gòu)上也需要進(jìn)行改進(jìn)，并且深入分析其不確定性。此外，還要持續(xù)推進(jìn)降低水文預(yù)報(bào)的誤差，增強(qiáng)其可靠性。