水文氣象

大規(guī)模興建水利工程是水文學(xué)發(fā)展的根本動力。歐美國家水文學(xué)最著名的早期著作，例如 1850 年英國蒲莫爾的 " 水文學(xué)手冊 ",1919 年德國普林池的 " 水文學(xué)手冊 ",1904 年英國米特的 " 水文學(xué)要義 " 和 1919 年的 " 水文學(xué) ",1917 年梅宥的 " 水文學(xué)原理 " 等，都是工程師們寫的。

實(shí)例

1926 年，蘇聯(lián)社會主義工業(yè)化開始的時候，宏偉的工業(yè)建設(shè)和水利建設(shè)對水文學(xué)在徑流計算方面提出了緊迫要求。當(dāng)時 Ⅱ.H. 柯切林在蘇聯(lián)電力工業(yè)總局工作，負(fù)責(zé)審核水利工程設(shè)計書，他敏銳地感覺到徑流資料的不足。必須首先進(jìn)行現(xiàn)有資料的歸納工作，才能填補(bǔ)水文工作與水利工程需求之間的嚴(yán)重脫節(jié)現(xiàn)象。于是他根據(jù) 30 處水文站的實(shí)測徑流資料，在 1928 年制成了蘇聯(lián)歐洲部分年平均徑流量等值線圖。柯氏等值線圖的實(shí)用意義非常巨大，是蘇聯(lián)第一個和第二個五年計劃時期，千百項(xiàng)水利工程設(shè)計中的水文數(shù)據(jù)的唯一來源，柯切林成為了蘇聯(lián) " 徑流水文學(xué) " 的奠基人。

《周禮》卷六冬官考工記載 " 水有時以凝，有時以澤，此天時也。 " 即是說水的旱與澇是隨同氣候的變化而轉(zhuǎn)變的?！抖Y記月令》里記載， " 季春之月，令司空日：時而將降，下水將騰，循行國邑，周視原野，修利堤防，道達(dá)溝讀 ……" 就是以氣候經(jīng)驗(yàn)推定了降雨的季節(jié)，預(yù)計下游河流水位將上漲，從而加以防范。

1917 年美國學(xué)者梅宥也使用氣象資料輔助測流資料來推算河流的年徑流量。

西歐國家在氣象與河流的關(guān)系問題上，經(jīng)歷了一個漫長的認(rèn)識過程。

古希臘的學(xué)者荷馬 · 柏拉圖和亞里斯多德等主觀上覺得天上降下的雨雪終不會足夠地供應(yīng)河里不斷流淌著的水流，因而制造出一些玄妙的假設(shè)，說地下水是從通海的地道里潛回大陸后涌出地面的，說這種潛流的海水會過濾成為清水的河流等。

偉大的現(xiàn)實(shí)主義者達(dá) · 芬奇 (1452 一1519 年) 在米蘭運(yùn)河工作中，他注視著水流的來源和去向，從實(shí)踐中認(rèn)識了水分循環(huán)的真理。法國人潘勞（1608 一1680 年）曾測量和記載了三年的降雨量，并估計了森河流域面積和年徑流量，從而算出每年雨雪總量為年徑流量的兩倍。馬立臺 (1620 一 1684 年 ) 用浮標(biāo)法測驗(yàn)森河在巴黎的流速，從而證實(shí)了潘勞的年流量估計，這些實(shí)驗(yàn)是雨量足以供應(yīng)徑流量而有余這一客觀規(guī)律的第一次具體證明。

無論是在蘇聯(lián)還是在歐美國家，水文學(xué)是在十九世紀(jì)末和甘世紀(jì)初期才逐漸形成一間獨(dú)立的學(xué)科的。

當(dāng)代科學(xué)的發(fā)展的特點(diǎn)是綜合問題領(lǐng)先，而不是學(xué)科領(lǐng)先，科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展中的重大問題的解決途徑，已經(jīng)不是一個學(xué)科的 " 獨(dú)奏 " ，而是不同學(xué)科的 " 合奏 " 。當(dāng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展中最富有前途和取得豐碩成果的領(lǐng)域，大都是具有濃厚的綜合研究色彩和學(xué)科科際間的綜合性質(zhì)，水文與氣象這一對地學(xué)中的孿生姐妹，已經(jīng)到了攜起手來共同進(jìn)行水分循環(huán)系統(tǒng)的研究。共同去解決水利工作中重大問題的時候了。

人們都很強(qiáng)調(diào)信息，地上水的變化趨勢的信息來自于天上。 " 黃河之水天上來" ，自然規(guī)律的客觀存在以及國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將使水文氣象這個古老的學(xué)科煥發(fā)出新的光彩。2100433B

水文學(xué)與氣象學(xué)分化之后，它們在各自不同的領(lǐng)域里研究了水分循環(huán)系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)。而近些年來，包括大氣、陸地和海洋的水分循環(huán)系統(tǒng)的綜合模型的研究受到了普遍重視，越來越得到發(fā)展。

早在 1965 年斯馬戈林斯基等就進(jìn)行了有簡單水份循環(huán)的大氣環(huán)流的數(shù)值試驗(yàn)。這個水份循環(huán)包括大尺度運(yùn)動的水汽的平流，地表的蒸發(fā)，降水和為了模擬水分對流過程所作的人工校正，選擇了無任何熱容量的完全潮濕的地表作為下邊界，初始條件為完全干燥和等溫的大氣。其北半球平均降雨率的計算結(jié)果與布德科求得的年平均降雨的估算值相接近。

海洋是水分循環(huán)過程中水的貯藏庫，海洋和大氣，通過熱量、水汽和動量的交換和輸送而耦合在一起，最初研究海氣耦合模式的是真鍋 (1969 年 ) 。近十幾年來，這方面的研究已經(jīng)很多。隨著衛(wèi)星技術(shù)的提高，以后可以由衛(wèi)星提供海溫、海面應(yīng)力資料，和由衛(wèi)星測定海洋區(qū)域的降水率和水汽濃度，將會更大地增強(qiáng)模式對于水圈的計算能力和計算精度。

我們對于大氣和陸上下墊面之間相互作用的許多方面，及其對區(qū)域、全球氣候的影響，都還了解不夠，有待于有效地模擬。土壤表面上熱量和水汽的收支關(guān)系是很復(fù)雜的。土壤水分特別重要，因?yàn)樗苜A藏好幾個月，從而為地氣系統(tǒng)提供一種存儲，己有的試驗(yàn)表明，通過大氣環(huán)流模式所模擬的降水、溫度和環(huán)流，對土壤濕度非常敏感。初始土壤濕度對環(huán)流和降水的影響可長達(dá)幾周和幾個月。雪蓋的影響主要是通過反照率，可以反射掉大部分入射輻射，從而影響地表熱量平衡。模式試驗(yàn)表明，當(dāng)撒哈拉沙漠和美洲高原的反照率增加到 0.45 時，那些地區(qū)的降水減少 1 一 5 毫米 / 日，即反照率的增加將會使土壤沙漠化。

在研究宏觀水分循環(huán)系統(tǒng)的同時，也有不少人在研究水分循環(huán)的微觀過程。例如，把入滲、排水、植物吸水、蒸騰和蒸發(fā)這些事件作為發(fā)生在一小塊單一地面以及其上和其下的局部小尺度過程，進(jìn)行水分循環(huán)中的土壤 -- 植物 -- 大氣連續(xù)統(tǒng)一的研究，可以為宏觀模型的參數(shù)化提供物理依據(jù)。

最具有綜合能力的水分循環(huán)系統(tǒng)的模式，必須是能夠描述與水分循環(huán)系統(tǒng)有關(guān)的所有物理變量或參數(shù)以及它們復(fù)雜的相互作用，這樣的模式是近期內(nèi)無法完成的。但是經(jīng)過適當(dāng)簡化的綜合的水分循環(huán)模式卻有可能實(shí)現(xiàn)。

我們國家在水文與氣象的分支學(xué)科上，與世界先進(jìn)水平差距不大，但是水文氣象這個邊緣學(xué)科卻是一個十分薄弱的環(huán)節(jié)。不僅在理論研究上做的不多，而且在應(yīng)用方面也很落后，如果說，在過去的幾十年里，僅僅依靠水文學(xué)就可以基本滿足水利工作的需要，那么，在國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的新的形勢下，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

水資源評價決定于氣象因子，要弄清一個地方的水資源總量，提高水資源評價的計算精度，必須依靠水文與氣象方法的密切結(jié)合。

一個地方的旱澇，是一個水利問題，也是一個氣象問題。在水文與氣象工作中各自進(jìn)行的旱澇規(guī)律分析和長期趨勢預(yù)報，其研究的對象都是水分循環(huán)這同一水文氣象系統(tǒng)，所使用的方法也基本類似，完全可以一起協(xié)作進(jìn)行。

在水利工程規(guī)劃設(shè)計中，特別強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)效益和決策的科學(xué)化、民主化。尤其是耗資巨大的大型水利工程其決策過程更為慎重，這就迫使人們不能只停留在使用統(tǒng)計方法給出一個數(shù)，而是必須要在氣象成因上尋找科學(xué)依據(jù)對規(guī)劃設(shè)計方案進(jìn)行氣象上的合理性分析，改進(jìn)水文水利計算結(jié)果，使水利工程建筑在更為安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)上。

由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，洪災(zāi)損失越來越大。又由于水資源緊缺、能源緊缺等原因。使得國民經(jīng)濟(jì)各部門對于水利工程管理工作提出了更高的要求，迫切要求水利工程提高管理水平，充分發(fā)揮水利工程的綜合效益。過去只強(qiáng)調(diào)降低水位保證防洪的水庫，必須千方百計去解訣防洪與興利的矛盾，必須加強(qiáng)水文氣象的科學(xué)知識和技術(shù)方法的應(yīng)用，必須重視水文氣象工作。

江河的防汛工作，過去使用水文預(yù)報和利用分蓄洪區(qū)，基本上可以防御較大洪水。在防洪形勢嚴(yán)重時，也可以采取臨時扒口和有計劃的分洪來避免大提潰決的災(zāi)難局面的發(fā)生。可是由于分蓄洪區(qū)的人口越來越密集，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)越來越發(fā)展，使用分蓄洪區(qū)的難度越來越大，扒口分洪的辦法更難實(shí)施，因此就要更加重視暴雨洪水的預(yù)報工作。暴雨洪水的監(jiān)測、預(yù)報和警報系統(tǒng)將是近幾年來我們國家水文與氣象最有前途的結(jié)合點(diǎn)之一。

在蘇聯(lián)，水文與氣象的發(fā)展一直是密切聯(lián)系互相促進(jìn)的，蘇聯(lián)氣候?qū)W和氣象學(xué)的創(chuàng)始人之一 A.N. 沃葉意柯夫，同時也被稱為是蘇聯(lián)的第一位水文學(xué)家。 1884 年他在他的名著 " 世界氣候與俄國氣候 " 一書中，首次提出了 " 河川是氣候的產(chǎn)物 " 這一科學(xué)論斷，他指出，河道是水流沖出來的，而水流是降水所供給的，所以研究水文學(xué)，必須首先研究作為水文要素且是氣象要素之一的降水現(xiàn)象。

水象與氣象相聯(lián)系的媒介是降水與蒸發(fā)， 1911 年蘇聯(lián)水文學(xué)家 Э.M. 奧里杰柯普在他的 " 河川流域表面蒸發(fā) " 一書中，進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)了 A.N. 沃葉意柯夫關(guān)于河川含水量與氣候之間的關(guān)系的原理，他在研究了西歐地區(qū) 50 處河川流域的年平均雨量與年平均蒸發(fā)量的資料之后指出，不使用徑流的直接觀測資料，而只根據(jù)降水量及其它氣象要素資料，計算各種不同流域的蒸發(fā)量和徑流量是有可能的。

我們國家的水文事業(yè)基本上是在解放以后才得到了迅速發(fā)展。它是密切地服務(wù)于水利工程建設(shè)和江河防汛工作，一直是屬于水利部門領(lǐng)導(dǎo)和管理，為水利工作作出了巨大的貢獻(xiàn)。

水文氣象認(rèn)識歷程

人類在和水分循環(huán)系統(tǒng)異常所帶來的水旱災(zāi)害的斗爭中，對于水分循環(huán)系統(tǒng)的自然規(guī)律的認(rèn)識是在不斷深化，不斷發(fā)展的。

在十九世紀(jì)，自然科學(xué)的發(fā)展主要是用分析的方法把整體分成部分，把系統(tǒng)分成要素，孤立地加以研究，因此，人們的認(rèn)識往往局限于物質(zhì)系統(tǒng)的一個局部。系統(tǒng)論的創(chuàng)始人貝塔朗菲說， 19 世紀(jì) " 科學(xué)的唯一目的是分析。 "

水文氣象近年發(fā)展

近幾十年來，一方面是學(xué)科越分越細(xì)，越分越多，一個科學(xué)領(lǐng)域往往分為大大小小的許多分支學(xué)科，朝著更加專業(yè)化的方向發(fā)展，另一方面則是各門學(xué)科之間互相交錯，互相滲透，在高度分化的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合，即包括著學(xué)科內(nèi)容的專門化，又包括著學(xué)科之間的綜合化。在當(dāng)代自然科學(xué)發(fā)展中，綜合化的趨勢更加顯著，人們對系統(tǒng)的認(rèn)識，已經(jīng)從局部擴(kuò)展到整體，考慮系統(tǒng)的整體性和系統(tǒng)各要素間的相互作用。

水文氣象臺，實(shí)施海洋水文氣象探測和預(yù)報，為海軍的作戰(zhàn)、訓(xùn)練和日?；顒犹峁┧臍庀蟊Ｕ系那趧?wù)分隊。規(guī)模較小者稱為水文氣象站，隸屬于海軍艦隊和海軍基地。其任務(wù)是：對海洋水文氣象進(jìn)行不間斷的探測，為海軍及時提供定期的或臨時的、全面的或某一海洋區(qū)域的水文氣象預(yù)報;監(jiān)視海洋危險氣象并及早發(fā)布警報;匯集、整理海洋水文氣象資料。 2100433B

所有臺站可分成兩種范疇：（1）觀測臺站（2）服務(wù)站。

觀測網(wǎng)是基本臺站網(wǎng)，它的設(shè)置是要以最少數(shù)臺站來保持在全部領(lǐng)域上的水文氣象情況的研究和說明的。

研究氣象要素在空間上及時間的分布，結(jié)果指出，要素中一部分，例如氣溫、氣壓、風(fēng)速及風(fēng)向，一地點(diǎn)至另一地點(diǎn)的變化，比之降水，能見度及其他某些視地方情況而定的天氣現(xiàn)象要小得多。

所以，除去按全部項(xiàng)目而進(jìn)行觀測的臺站外，為了研究地方性的特征，例如降水、積云層、雷雨、霧頻率等各項(xiàng)分布方面，就需要組織附加的觀測地點(diǎn)。這些僅進(jìn)行某些個別要素觀測的地點(diǎn)名為觀測哨。

除了觀測網(wǎng)外，如上所述，還有服務(wù)的臺站網(wǎng)。它有供應(yīng)給有關(guān)機(jī)關(guān)關(guān)于目前天氣的情報，危險的水文氣象現(xiàn)象，例如風(fēng)暴、洪水等等的預(yù)報以及警報任務(wù)。這些服務(wù)的責(zé)任可包括在而且又常常包括在觀測臺工作的項(xiàng)目內(nèi)，正如服務(wù)臺站執(zhí)行分配給水文氣象觀測臺站的工作一樣。

水文氣象站是氣象臺站網(wǎng)組成部分，是進(jìn)行氣象和水文觀測的氣象站。多設(shè)在江河湖岸邊。主要任務(wù)觀測并積累水文和氣象資料（如降水量、蒸發(fā)量、風(fēng)況、江河水的流速、水位等），在旱澇災(zāi)害的預(yù)防，筑堤、固岸、防決、泄污等工程的規(guī)劃設(shè)計中，這些觀測資料都有重要價值。