崔講學(xué) 王俊 田剛 楊文發(fā)

（1 湖北省氣象局，武漢 430074；2 長江水利委員會水文局，武漢 430010；3 武漢中心氣象臺，武漢 430074）

0 引言

水文氣象學(xué)是研究水圈與大氣圈界面上發(fā)生的物理現(xiàn)象、過程及其演變規(guī)律的一門學(xué)科，是連接水文和氣象的交叉學(xué)科，主要研究水文循環(huán)、水量平衡變化密切相關(guān)的降水和蒸發(fā)的有關(guān)問題，它既是應(yīng)用氣象學(xué)的一個分支，又是水文學(xué)的重要組成部分[1-5]。

國內(nèi)外對水文氣象學(xué)的認識與應(yīng)用，早期多集中于防洪與灌溉，水文與氣象常常是密不可分的。獨立水文學(xué)是在19世紀末和20世紀初期才逐漸形成的一門獨立學(xué)科，獨立氣象學(xué)的建立則是以1803年英國Luke Howard提出云分類方法為標志的。在陸地表面和大氣各自不同的領(lǐng)域里，水文學(xué)與氣象學(xué)開始是分別研究水分循環(huán)系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)；而現(xiàn)代水文學(xué)和氣象學(xué)相結(jié)合，是20世紀30年代美國國家氣象局成立水文氣象處后開始的，即尋求從氣象資料中推算最大可能降水和最大可能洪水，以滿足防洪建筑設(shè)計的需要[6]。隨著氣象雷達、氣象衛(wèi)星等探測技術(shù)的發(fā)展，特別是1960年以后降水監(jiān)測水平有了很大提高，為降水短時預(yù)報與洪水預(yù)報的結(jié)合創(chuàng)造了條件，水文氣象學(xué)得到了新的發(fā)展[7]。長江水利委員會主任林一山于1954年倡導(dǎo)水文學(xué)與氣象學(xué)相結(jié)合開展流域洪水預(yù)報方法，并首次于20世紀60年代初在全國首創(chuàng)水文氣象預(yù)報業(yè)務(wù)。隨著長江流域水文氣象業(yè)務(wù)實踐和防洪需要，1982年長江水利委員會陳金榮等指出氣象預(yù)報同水文預(yù)報的結(jié)合，將為防洪和水庫調(diào)度等工作帶來巨大的優(yōu)越性和必要性，是水文預(yù)報發(fā)展的必然趨勢[8]。文中闡述的基本思想在水文氣象預(yù)報技術(shù)已有許多新的發(fā)展和進步的今天仍然具有指導(dǎo)意義。20世紀90年代以來，隨著計算機信息、遙感、數(shù)值天氣預(yù)報、水文監(jiān)測和預(yù)報等技術(shù)的不斷發(fā)展，基于遙感和數(shù)值預(yù)報天氣模式的降水預(yù)報技術(shù)與水文模型開展多途徑的水文氣象耦合，從而實現(xiàn)不同預(yù)見期的水文水資源預(yù)報等正成為當前水文氣象學(xué)在實踐業(yè)務(wù)中的重要應(yīng)用發(fā)展方向[9-14]。而云計算、大數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)等新興技術(shù)的不斷應(yīng)用，也在為水文氣象學(xué)的發(fā)展注入新的內(nèi)涵[15-20]。

伴隨著水文氣象學(xué)的應(yīng)用發(fā)展歷程，其核心追求的一直是如何獲取精度高和預(yù)見期長的流域洪水預(yù)報。而要達到此目的，需要拓展到研究大氣中水循環(huán)規(guī)律，分析預(yù)測大氣中未來要發(fā)生降水信息作為流域水文模型輸入來實現(xiàn)。其中流域面雨量作為水文預(yù)報主要的輸入因子，是水文氣象學(xué)的重點研究對象，已成為各級政府和有關(guān)部門組織防汛抗洪、水庫調(diào)度以及山洪地質(zhì)災(zāi)害防治等決策的重要依據(jù)[21-27]。

1 中國流域水文氣象業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 概況

中國的水文事業(yè)基本上是在1949年以后才得到了迅速發(fā)展，并與氣象相結(jié)合，密切地服務(wù)于水利工程建設(shè)和江河防汛。例如在葛洲壩工程建設(shè)期間，由長江流域規(guī)劃辦公室（現(xiàn)長江水利委員會，以下簡稱長江委）和葛洲壩工程局協(xié)同國家氣象局氣象科學(xué)研究院（現(xiàn)中國氣象科學(xué)研究院）、湖北省氣象局等十余個單位開展了一系列葛洲壩工程截流施工期中、長期水文氣象科研協(xié)作研究[28]。20世紀50年代末，長江委在國內(nèi)水利行業(yè)率先建立了氣象預(yù)報業(yè)務(wù)，并于1972年正式組建了長期水文氣象預(yù)報業(yè)務(wù)機構(gòu)。80年代后期，由中國氣象學(xué)會與中國水利學(xué)會聯(lián)合，在這兩個學(xué)會系統(tǒng)中，開始成立了中國水文氣象交叉學(xué)科的專門委員會[29]。為保障三峽工程大江截流期施工的順利進行，長江委水文局于1997年4月15日起開展了三峽截流施工期長、中、短期水文氣象預(yù)報工作[30]。自2006年開始，中國氣象局先后在七大流域建立流域氣象中心，長江流域氣象中心也于2009年組建，成立了長江流域氣象服務(wù)協(xié)調(diào)委員會，整合了流域氣象部門資源，形成了整體面向地方政府、流域管理機構(gòu)和水利水文部門開展氣象服務(wù)的格局。從水文部門的角度來看，希望降水預(yù)報盡量要準、預(yù)見期要長；而從氣象部門的角度來看，希望氣象預(yù)報能在洪水預(yù)報中起到作用，更好地服務(wù)于水資源綜合管理。水文氣象的關(guān)注重點離不開降水估測和預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用、洪水預(yù)報技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)產(chǎn)品、業(yè)務(wù)平臺的開發(fā)。而國內(nèi)水文氣象業(yè)務(wù)側(cè)重面雨量預(yù)報方面，20世紀90年代開始主要是集中于按水系分區(qū)的面雨量預(yù)報，21世紀后已經(jīng)開始向更精細化的任意流域分區(qū)面雨量預(yù)報轉(zhuǎn)變。

1.2 氣象監(jiān)測預(yù)報技術(shù)在流域業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

定量降水估測與定量降水預(yù)報是精細化流域面雨量服務(wù)工作的基礎(chǔ)，也是洪澇及其次生災(zāi)害的預(yù)報基礎(chǔ)[29]。降水的產(chǎn)生過程和物理機制非常復(fù)雜，它是由一系列同時出現(xiàn)的，從微尺度到天氣尺度的不同尺度的復(fù)雜物理過程共同作用的結(jié)果，針對不同的預(yù)報時效，流域降水估測和預(yù)報采取的技術(shù)是不盡相同的。

1.2.1 降水監(jiān)測及估算

定量降水估測（QPE ）一直是國內(nèi)外氣象學(xué)與水文學(xué)研究的熱點和難點之一，其方法可以分為實況插值方法、回歸分析法以及遙感方法[23-25]。實況插值方法是基于有限雨量站監(jiān)測數(shù)據(jù)展開，根據(jù)不同的插值理論基礎(chǔ)可分為空間幾何插值法、函數(shù)插值法以及地理統(tǒng)計法；空間幾何插值法包括算術(shù)平均法、泰森多邊形法、反距離權(quán)重法等；函數(shù)插值法包括樣條插值法和最優(yōu)插值法等；地理統(tǒng)計方法則以Kriging法最具代表性。回歸分析法就是選出影響降水分布變化的因子，根據(jù)這些因子與降水量的關(guān)系，從統(tǒng)計學(xué)上得到降水量的分布函數(shù)。遙感方法主要是利用測雨雷達、衛(wèi)星等遙感信息進行降水量估算的方法。

目前實況插值方法中的泰森多邊形法和算術(shù)平均法在實際中應(yīng)用較廣泛，國家氣象中心進行全國七大江河流域面雨量計算采用的是泰森多邊形法[31]。由于受觀測站密度、位置和空間代表的影響，實況插值方法、回歸分析法在使用過程中受到了諸多局限。而雷達等遙感估算降水有時空分辨率高的優(yōu)點，可以比較客觀地反映降水量相對大小的分布趨勢，近年來已成為降水估算研究的熱點，萬玉發(fā)、尹忠海、李建通、張亞萍等研究表明其可明顯提高降水估算精度[32-36]。目前中國建成了由193部新一代多普勒天氣雷達組成的雷達觀測網(wǎng)，實現(xiàn)了6分鐘一次的數(shù)據(jù)實時傳輸和拼圖聯(lián)網(wǎng)，利用雷達測雨估算代替實況插值的計算面雨量進入水文預(yù)報模型已經(jīng)成為了可能。

1.2.2 基于雷達外推和與數(shù)值模式相融合的短時定量降水預(yù)報（QPF）

目前12 h以內(nèi)的流域水文氣象預(yù)報業(yè)務(wù)主要還是直接采取數(shù)值模式定量降水預(yù)報的方法，但由于數(shù)值預(yù)報模式起轉(zhuǎn)問題，最初的數(shù)小時模式預(yù)報與實況有很大差距，WMO當前發(fā)展短時預(yù)報的共識是將臨近預(yù)報技術(shù)與數(shù)值預(yù)報技術(shù)進行融合[37-39]。

針對0～2 h的定量降水預(yù)報，最早出現(xiàn)的臨近預(yù)報是基于雷達數(shù)據(jù)的雷暴識別追蹤和外推預(yù)報，其技術(shù)方法可分為交叉相關(guān)法和單體質(zhì)心法兩類，其中考慮面上外推的交叉相關(guān)法更加符合水文氣象的關(guān)注特點。有資料表明，通過使用光流法來改進交叉相關(guān)法進行雷達估測降水外推預(yù)報，在0～2 h可以得到較好的預(yù)報效果；針對3～6 h的定量降水預(yù)報，由于存在外推預(yù)報質(zhì)量快速下降和數(shù)值預(yù)報模式起轉(zhuǎn)的問題，國內(nèi)外目前多結(jié)合雷達、衛(wèi)星和自動站等高時空分辨觀測資料建立快速更新循環(huán)同化數(shù)值預(yù)報的方法[37,40-43]。另外，北京、廣東、上海等?。ㄊ校┻€開展了雷達回波外推臨近預(yù)報和高分辨率數(shù)值預(yù)報相融合的業(yè)務(wù)試驗[44-47]。研究表明，對5 mm以上的降水，上述方法較直接使用數(shù)值預(yù)報，預(yù)報改進效果是相當顯著的；而6～12 h的預(yù)報多直接使用快速循環(huán)同化數(shù)值預(yù)報的方法。

1.2.3 基于數(shù)值模式的中短期（1～10d）定量降水預(yù)報

當前，國內(nèi)水文氣象業(yè)務(wù)開展1～10 d的定量降水預(yù)報，主要是基于數(shù)值模式，其中，預(yù)見期24～48 h內(nèi)的預(yù)報還結(jié)合天氣學(xué)方法進行融合訂正，48 h以外隨著預(yù)見期延長，則更主要依賴數(shù)值天氣預(yù)報模式。數(shù)值天氣預(yù)報技術(shù)研究開始于20世紀50年代，目前國際上比較先進的數(shù)值天氣預(yù)報模式有歐洲中期預(yù)報中心（ECMWF）的全球模式，美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）的Eta模式、WRF模式，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)和美國大氣研究中心聯(lián)合開發(fā)的中尺度數(shù)值預(yù)報模式MM5以及日本全球模式、亞洲區(qū)域模式、日本區(qū)域模式等模式系統(tǒng)[44-48]。中國的數(shù)值預(yù)報研究始于20世紀70年代，多以引進吸收國外模式為主[49-53]。中國自行研發(fā)的模式則以GRAPES為代表[54-55]。目前NWP 整體水平與歐美等發(fā)達國家還存在一定的差距。但中國QPF預(yù)報水平逐年提升、空間分辨率越來越高，有限區(qū)域細網(wǎng)格業(yè)務(wù)化模式網(wǎng)格距已達5 km左右。隨著氣象預(yù)報服務(wù)向精細化方向發(fā)展，國內(nèi)流域氣象或水文部門大多已建立了7 d以內(nèi)數(shù)值模式與人工訂正相融合的定量降水預(yù)報業(yè)務(wù)，長江流域則將定量降水常態(tài)化預(yù)報時效擴展到了10 d。

1.2.4 延伸期降水預(yù)報

延伸期預(yù)報（一般為10～30 d）作為現(xiàn)有中期預(yù)報的延伸，銜接了現(xiàn)有天氣預(yù)報（≤10 d）和氣候預(yù)測（≥30 d）之間的時間縫隙，開始受到了越來越多的關(guān)注。延伸期預(yù)報困難的原因在于其預(yù)報時效超越了確定性預(yù)報的理論上限（2周左右），而預(yù)報對象的時間尺度又小于氣候預(yù)測的月、季時間尺度[56-58]。目前，大氣季節(jié)內(nèi)振蕩（ISO）、MJO（Madden-Julian Oscillation）、CGT（Circum Global Teleconnection）、SCGT（Southern Circum Global）等低頻信號是 10～30 d 延伸期天氣的主要可預(yù)報性來源，在此基礎(chǔ)上借助動力模式（包含集合數(shù)值模式、可預(yù)報分量提取、相似-動力、動力-統(tǒng)計等方法）、經(jīng)典統(tǒng)計和大數(shù)據(jù)等方法來實現(xiàn)對延伸期天氣的預(yù)報[59-73]。

隨著研究和實踐的深入，延伸期的降水預(yù)報從最初的降水趨勢預(yù)報逐漸向降水過程預(yù)報、逐日雨量預(yù)報發(fā)展[58,73-74]。針對長江流域延伸期的降水預(yù)報，長江水利委員會通過與高校合作研究，開展了延伸期面雨量過程預(yù)報（一般為10～20 d）試驗，并直接納入長江防汛會商平臺供決策參考[75]。長江流域氣象中心基于NCEP_CFSv2模式降尺度方法，L-J分型預(yù)報方法和MJO組合相似預(yù)報方法，開展了長江流域站點降水過程及延伸期逐日雨量集合預(yù)報研究并已相繼投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。

1.2.5 基于氣候模式的旱澇趨勢預(yù)測

利用氣候模式開展氣候預(yù)測，是當前發(fā)達國家的主流和國際上的發(fā)展方向，目前主要是在動力氣候模式輸出產(chǎn)品的基礎(chǔ)上采取統(tǒng)計降尺度方法、多模式集成、動力-統(tǒng)計相結(jié)合及集合概率預(yù)報等方法實現(xiàn)氣候趨勢預(yù)測[58,78-86]。通過模式后處理，基于動力-統(tǒng)計相結(jié)合的預(yù)報方法建立的動力與統(tǒng)計集成的季節(jié)降水預(yù)測系統(tǒng)（FODAS），及基于模式降尺度和集合預(yù)報建立的多模式解釋應(yīng)用集成預(yù)報系統(tǒng)（MODES），目前已是中國氣象局氣候預(yù)測客觀化預(yù)測方法的主要組成，成為汛期降水預(yù)測的重要參考[87-88]。

長江流域氣象中心為開展長江流域汛期旱澇趨勢以及三峽水庫安全蓄水的各關(guān)鍵期（蓄水期、供水期、消落期、汛期）趨勢預(yù)測，目前使用的方法主要包括：基于數(shù)值模式及解釋應(yīng)用方法中的動力與統(tǒng)計相結(jié)合的預(yù)測方法，多模式解釋應(yīng)用方法（EOF分析迭代、BP典型相關(guān)、奇異值分解、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），及算術(shù)平均、權(quán)重、區(qū)域最優(yōu)等多種定量預(yù)測結(jié)果集成方法。而常規(guī)物理統(tǒng)計預(yù)測方法中的氣候特征相似合成法、要素變化趨勢分析法、突變檢驗方法（M-K檢驗、滑動T檢驗）、相關(guān)分析、正交函數(shù)分解方法、聚類分析方法、小波分析方法、最優(yōu)子集法等多種方法，也已先后應(yīng)用于長江流域月-季節(jié)-關(guān)鍵期降水趨勢及流域面雨量預(yù)測研究[89-91]。另外，長江水利委員會也引進區(qū)域氣候模式RegCM4，針對長江流域的月、季時間尺度的降雨量來進行預(yù)測應(yīng)用探討[92]。

1.3 洪水預(yù)報技術(shù)在流域業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

洪水預(yù)報就是根據(jù)掌握的信息（測驗或分析預(yù)測的信息）對未來一定時期內(nèi)洪水要素的狀態(tài)做出定量或定性的預(yù)測，是水文科學(xué)的重要組成部分，也是一項重要的防洪減災(zāi)非工程措施[1,93]。在人類長期與洪水災(zāi)害斗爭的客觀需求及推動下，洪水預(yù)報科學(xué)日漸受到普遍的重視和關(guān)注，并逐步發(fā)展起來。中國是一個洪澇災(zāi)害頻發(fā)的國家，在實際工作中，特別是流域防洪減災(zāi)中，洪水預(yù)報是調(diào)度決策的重要依據(jù)，能幫助人類有效地防御洪水、減少洪災(zāi)損失、更好地控制和利用水資源，而發(fā)布的洪水預(yù)報將在很短的時間內(nèi)得到檢驗和驗證。因此，洪水預(yù)報是一項理論性強、應(yīng)用要求高的工作。

20世紀30—40年代，隨著Sherman單位線（1932年）、Horton均值包氣帶產(chǎn)流理論（1935年）、馬斯京根（Muskingum）洪水演算方法（1938年）等理論的提出及不斷成熟，為洪水預(yù)報的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；20世紀50—60年代，研究人員逐步重視對水文現(xiàn)象物理機制的認識，為經(jīng)驗性洪水預(yù)報方法和各種水文預(yù)報模型提供了理論基礎(chǔ)，這個時期通過學(xué)習(xí)、吸收原蘇聯(lián)和美國的洪水預(yù)報方法，奠定了中國洪水預(yù)報的基礎(chǔ)；20世紀70—80年代，流域水文模型的研究快速發(fā)展并取得了豐碩的成果，美國薩克拉門托（Sacramento）河流預(yù)報中心模型、日本水箱（TANK）模型、意大利約束系統(tǒng)（CLS）模型和中國趙人俊教授等研制的新安江模型均是其中的杰出代表；20世紀90年代以來，隨著計算機、RS、GIS等技術(shù)在水文科學(xué)的應(yīng)用及數(shù)值降雨預(yù)報模式、陸面模式、分布式水文模型的發(fā)展，國內(nèi)外在洪水預(yù)報模型和方法的研究及應(yīng)用中取得了顯著的進展[94-101]?？梢灶A(yù)見，隨著相關(guān)理論和技術(shù)的不斷進步，洪水預(yù)報將步入立足于傳統(tǒng)方法與基于下墊面地理信息的分布式流域水文模擬相結(jié)合，水文學(xué)與水利學(xué)相結(jié)合，水文氣象預(yù)報耦合的洪水預(yù)報階段[102]。

1.4 水文氣象耦合技術(shù)在流域業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

數(shù)值天氣預(yù)報模式與流域水文模型在時空分辨率上存在的差異，制約了天氣預(yù)報模式預(yù)報結(jié)果應(yīng)用的進一步發(fā)展。為了有效地提高定量降水估算預(yù)報產(chǎn)品在水文預(yù)報中的應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者開始從“雷達資料同化+模式嵌套+高分辨的區(qū)域數(shù)值模式+動力釋用技術(shù)”的角度，全面、系統(tǒng)地開展數(shù)值天氣模式與流域水文模型的尺度匹配方法研究：在觀測降水上基于新一代多普勒雷達探測技術(shù)和雨量計實測資料，采用卡爾曼濾波、最優(yōu)插值、變分、統(tǒng)計權(quán)重等多種校正方法，研發(fā)高分辨的定量降水估算校正新技術(shù)；在數(shù)值模式預(yù)報降水上通過資料同化、模式嵌套、動力釋用等技術(shù)縮小天氣模式與水文模型網(wǎng)格尺度的差異，發(fā)展實時洪水預(yù)報中水文氣象耦合的降尺度技術(shù)，為流域水文氣象耦合預(yù)報奠定基礎(chǔ)[103-105]。

1.4.1 雷達定量降水估算與洪水預(yù)報的耦合

為了將雷達測雨資料用于洪水預(yù)報預(yù)警，國內(nèi)外學(xué)者相繼展開了相關(guān)研究。如美國已經(jīng)建立了由多探測器降水估算技術(shù)和人機交互雨量訂正技術(shù)共同構(gòu)成的定量估算降水業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，并和水文預(yù)報模型結(jié)合，應(yīng)用在山洪指導(dǎo)系統(tǒng)（FFGS）和美國國家氣象局河流預(yù)報系統(tǒng)（NWSRFS）中。英國氣象局開發(fā)的水文雷達系統(tǒng)（HYRAD）和河流預(yù)報系統(tǒng)（RFFS）共同組成了實時降水與河流預(yù)報系統(tǒng)，集成了雷達-雨量計估算面雨量和流域雷達降水預(yù)報以及水文預(yù)報的研究成果，目前RFFS與HYRAD已經(jīng)在泰晤士流域等幾個洪水預(yù)報警報中心進行日常業(yè)務(wù)應(yīng)用[8]。國內(nèi)有關(guān)學(xué)者也開始了定量降水估算和洪水預(yù)報耦合技術(shù)的研究探討，研究表明應(yīng)用天氣雷達估算降雨技術(shù)來進行水文預(yù)報，能有效提高水文模型的模擬精度[9-14]。

1.4.2 模式預(yù)報降水與洪水預(yù)報的耦合

預(yù)見期內(nèi)的降水量直接影響著洪水預(yù)報的精度，預(yù)見期愈長，預(yù)見期內(nèi)的降雨對預(yù)報值影響愈大，為此預(yù)見期內(nèi)的降雨與洪水預(yù)報耦合技術(shù)也逐步受到了廣大水文和氣象科技工作者的關(guān)注。目前隨著數(shù)值預(yù)報理論與方法的飛躍發(fā)展，數(shù)值預(yù)報現(xiàn)已成為暴雨預(yù)報實現(xiàn)定點、定時和定量的關(guān)鍵手段，為水文模型預(yù)見期降水的預(yù)報提供了強有力的支撐。目前定量降水預(yù)報應(yīng)用于水文預(yù)報模型是被水文氣象學(xué)界普遍認同的發(fā)展方向之一，也是目前研究的熱點、難點。對于預(yù)見期降雨與洪水預(yù)報耦合的研究，水利部、中國氣象局、武漢大學(xué)等以及國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者已開展過相關(guān)試驗和研究，結(jié)果表明：相對于未考慮預(yù)見期降雨，考慮預(yù)見期內(nèi)的降雨對洪水預(yù)報結(jié)果提高具有明顯的優(yōu)勢，能有效延長水文預(yù)見期，提高水文預(yù)報精度；將降水集合預(yù)報產(chǎn)品引入水文預(yù)報領(lǐng)域，則進一步拓展了水文不確定性預(yù)報的新方法，能將單一的確定性預(yù)報轉(zhuǎn)化為可能發(fā)生范圍的預(yù)報，獲取更多的水文預(yù)報信息，提高了水文預(yù)報結(jié)果的可靠性，能更好地滿足防洪減災(zāi)對風(fēng)險信息的需求[22,26-27,105-109]。

1.5 水文氣象服務(wù)

目前中國境內(nèi)的水文氣象服務(wù)主要包括兩類：一是面向流域管理機構(gòu)和地方政府的決策服務(wù)，重點圍繞大江大河防汛抗旱、山洪地質(zhì)災(zāi)害中小河流風(fēng)險預(yù)警；二是面向水利水電工程的水資源優(yōu)化調(diào)度專業(yè)服務(wù)。

大江大河的防汛抗旱，在各地流域氣象中心成立之前，氣象部門尚未建立規(guī)范性的業(yè)務(wù)服務(wù)產(chǎn)品和相應(yīng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，通常是在與水利部門會商時提供的臨時性服務(wù)，與其他決策服務(wù)沒有不同。近年來，隨著流域業(yè)務(wù)的逐步規(guī)范，氣象部門開始向流域管理機構(gòu)和地方政府常態(tài)提供流域天氣公報、流域重要氣象報告、流域雨情快報、流域氣候影響評價等服務(wù)產(chǎn)品，并逐步建立相應(yīng)的業(yè)務(wù)平臺。以長江流域氣象中心為例，目前可提供長江流域21000多個國家以及區(qū)域氣象站觀測資料的共享和58部多普勒雷達的聯(lián)合拼圖，其提供的數(shù)值模式與人工訂正融合的降水格點預(yù)報產(chǎn)品空間分辨率達到10 km，48 h內(nèi)時間分辨率達到3 h，預(yù)報時效達到10 d。并在中國氣象局的組織下，開發(fā)了集監(jiān)測報警、預(yù)報訂正、制作發(fā)布、檢驗評估為一體，能提供水雨情監(jiān)測、定量降水估算、流域氣候監(jiān)測預(yù)報、上游洪水評估等多類業(yè)務(wù)產(chǎn)品制作與共享的長江流域氣象服務(wù)綜合業(yè)務(wù)平臺，現(xiàn)已在全國各流域氣象中心推廣應(yīng)用[110-111]。而實時洪水預(yù)報系統(tǒng)的業(yè)務(wù)化應(yīng)用多集中于水利部門，日本、美國、法國、英國等從20世紀50年代起，相繼在本國的河流研制出具有自動化洪水預(yù)報、自動警報功能的水文自動測報系統(tǒng)。目前中國開發(fā)的洪水預(yù)報系統(tǒng)以水利部水文局開發(fā)的“中國洪水預(yù)報系統(tǒng)（CNFFS）”和長江委水文局開發(fā)的“WIS水文預(yù)報平臺（WISHFS）”為代表，其中中國洪水預(yù)報系統(tǒng)以實時水情數(shù)據(jù)庫為依托，以地理信息系統(tǒng)為平臺，能方便地構(gòu)建洪水預(yù)報方案，具有標準的、通用的預(yù)報模型方法庫，可任意選擇多模型、多方法制定預(yù)報方案，具有人工和自動優(yōu)選結(jié)合的模型率定功能，具有定時預(yù)報和人機交互預(yù)報功能，可干預(yù)任何信息源和預(yù)報過程，具有全面完善的系統(tǒng)管理功能等，已在25個流域機構(gòu)和省（市、區(qū)）的水文部門推廣應(yīng)用[95]。國家氣象中心、長江流域氣象中心等國內(nèi)氣象部門，也開展了水文預(yù)報模型和水文氣象耦合的實時洪水預(yù)報技術(shù)研發(fā)，長江流域水文氣象實時預(yù)報系統(tǒng)等已開始試驗性運行，這些系統(tǒng)多基于定量降雨估算（QPE）、定量降雨預(yù)報（QPF）、集合降水預(yù)報技術(shù)，并結(jié)合流域雷達定量降水估算、流域精細化面雨量預(yù)報、中尺度暴雨數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)、流域洪澇預(yù)估模型來建設(shè)[112]。

山洪地質(zhì)災(zāi)害、中小河流洪水和城市內(nèi)澇的風(fēng)險預(yù)警，在中國氣象局的組織下，自2011年起進行試驗探索，到目前已經(jīng)建立了較為完善的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)方法，對風(fēng)險普查、監(jiān)測預(yù)警、風(fēng)險評估、產(chǎn)品檢驗、效益評估進行了規(guī)范，明確了省市縣業(yè)務(wù)分工和業(yè)務(wù)流程，規(guī)范了風(fēng)險服務(wù)產(chǎn)品，建立了以SWAN為代表的一體化平臺[113-114]。

水庫優(yōu)化調(diào)度專業(yè)氣象服務(wù)，重點針對流域防洪度汛、發(fā)電優(yōu)化調(diào)度、船閘安全通航、工程安全生產(chǎn)，支持工程效益的最大化發(fā)揮。需要提供流域年度旱澇趨勢預(yù)測、流域關(guān)鍵期定量降水預(yù)報預(yù)測、流域中短期精細化降水預(yù)報等信息，為年度、關(guān)鍵期調(diào)度方案和運行計劃編制、調(diào)整以及實時工程調(diào)度優(yōu)化利用洪水資源提供支持；提供實時氣象信息保障，支持流域水資源調(diào)度合理運用氣象預(yù)報；提供水利水電工程壩區(qū)及周邊災(zāi)害性天氣預(yù)警，支持工程調(diào)度、發(fā)電、通航等安全生產(chǎn)。目前國內(nèi)比較成熟的流域服務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)有長江流域氣象中心為三峽梯調(diào)通信中心氣象臺提供的氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)，其為具備氣象預(yù)報能力的單位應(yīng)用氣象數(shù)據(jù)開展水庫優(yōu)化調(diào)度提供了范例[110-111]。而興山古洞口水電站氣象水文信息遙測及水庫防洪調(diào)度系統(tǒng)的研發(fā)，涵蓋小流域范圍的水文氣象監(jiān)測、降水預(yù)報、洪水預(yù)報各個環(huán)節(jié)，則為小水電應(yīng)用水文氣象技術(shù)科學(xué)優(yōu)化調(diào)度提供了全套解決方案[115]。

2 未來流域水文氣象業(yè)務(wù)發(fā)展展望

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提升，面向流域的水文氣象學(xué)科發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域需求在不斷擴展延伸，要求以當前防汛抗旱和水庫調(diào)度為主的流域氣象服務(wù)向更加準確和精細方向發(fā)展[116]，要求水資源優(yōu)化調(diào)度回應(yīng)多部門、多行業(yè)對防汛、發(fā)電、通航、生態(tài)等的不同關(guān)切，而移動互聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)挖掘、機器智能學(xué)習(xí)、虛擬可視化等信息新技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，也要求水資源的開發(fā)利用要應(yīng)用信息化技術(shù)進行協(xié)同創(chuàng)新、信息共享、行業(yè)融合，為水資源的優(yōu)化配置提供技術(shù)支撐。2017年，國家已針對長江流域各方需求出臺了梯級水庫群聯(lián)合調(diào)度專項工作實施方案，水資源調(diào)度初步形成了多方兼顧、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、聯(lián)合創(chuàng)新的發(fā)展態(tài)勢[117]。因此，未來流域水文氣象應(yīng)用服務(wù)的發(fā)展，應(yīng)著重在以下幾個方面開展研究：

1）應(yīng)用新技術(shù)開展行業(yè)數(shù)據(jù)的匯集共享

充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)，通過國家政府規(guī)劃建設(shè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一開放平臺，應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)強化行業(yè)之間、部門之間的信息互聯(lián)互通，將流域內(nèi)不同層級、不同行政區(qū)域涉及的監(jiān)測信息資源、產(chǎn)品信息資源共同分享及利用，實現(xiàn)氣象、水情水文氣象數(shù)據(jù)和與優(yōu)化調(diào)度相關(guān)的航運、電力等行業(yè)數(shù)據(jù)的信息共享共用。

2）加強氣象預(yù)報與洪水預(yù)報集成耦合的技術(shù)研究

以提高預(yù)報精度和延長洪水預(yù)見期為目標，發(fā)展水文氣象核心技術(shù)。綜合應(yīng)用短時臨近預(yù)警技術(shù)、格點預(yù)報技術(shù)，結(jié)合數(shù)值模式、集合預(yù)報的最新進展，實現(xiàn)監(jiān)測外推、數(shù)值預(yù)報與人工訂正的有效融合，建立以面向任意分區(qū)、格點預(yù)報為主的流域精細化定量降水預(yù)報業(yè)務(wù)；進一步研發(fā)用于實時水文預(yù)報的分布式、概念性水文模型，耦合 QPE/QPF技術(shù)和確定性水文模型，建立水文氣象耦合模式預(yù)報系統(tǒng)，開展水文概率預(yù)報研究；強化現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，嘗試應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)完善或重構(gòu)水文氣象預(yù)報模型、指標閾值等預(yù)報理論，通過圖像識別、聚類分析等大數(shù)據(jù)處理技術(shù)對預(yù)報理論進行數(shù)字化處理，并利用機器自學(xué)習(xí)技術(shù)的反饋優(yōu)化形成全新智能預(yù)報系統(tǒng)。

3）構(gòu)建水旱災(zāi)害的智能化監(jiān)測預(yù)警及雨洪資源應(yīng)用氣象輔助決策平臺，推進水利、氣象等多部門的業(yè)務(wù)融合，結(jié)合防汛、發(fā)電、通航、生態(tài)等需求，深入挖掘行業(yè)共享數(shù)據(jù)的應(yīng)用潛力，圍繞防汛抗旱、災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警、專業(yè)氣象服務(wù)，分類建立水旱災(zāi)害應(yīng)對和雨洪資源調(diào)度應(yīng)用氣象輔助決策平臺，為出行行程、生產(chǎn)調(diào)度和防災(zāi)減災(zāi)資源調(diào)配提供智能可選、影響預(yù)估的氣象輔助決策建議。