水文氣象

陸地表面和大氣的水分相互作用。

中國古代氣象學的發展，一方面是與天文學相結合，有著世界上最早的天象觀測；另一方面則是，與農業灌溉和防禦洪水相結合的天氣氣候學，其起源最早而且普及。

《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變的。《禮記月令》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，道達溝讀 ……" 就是以氣候經驗推定了降雨的季節，預計下遊河流水位將上漲，從而加以防範。

在蘇聯，水文與氣象的發展一直是密切聯繫互相促進的，蘇聯氣候學和氣象學的創始人之一 A.N. 沃葉意柯夫，同時也被稱為是蘇聯的第一位水文學家。 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 " 河川是氣候的產物 " 這一科學論斷，他指出，河道是水流衝出來的，而水流是降水所供給的，所以研究水文學，必須首先研究作為水文要素且是氣象要素之一的降水現象。

水象與氣象相聯繫的媒介是降水與蒸發， 1911 年蘇聯水文學家 Э.M. 奧里傑柯普在他的 " 河川流域表面蒸發 " 一書中，進一步發展和改進了 A.N. 沃葉意柯夫關於河川含水量與氣候之間的關係的原理，他在研究了西歐地區 50 處河川流域的年平均雨量與年平均蒸發量的資料之後指出，不使用徑流的直接觀測資料，而只根據降水量及其它氣象要素資料，計算各種不同流域的蒸發量和徑流量是有可能的。

1917 年美國學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係問題上，經歷了一個漫長的認識過程。

古希臘的學者荷馬 · 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河裡不斷流淌著的水流，因而製造出一些玄妙的假設，說地下水是從通海的地道里潛回大陸后湧出地面的，說這種潛流的海水會過濾成為清水的河流等。

偉大的現實主義者達 · 芬奇 (1452 一1519 年) 在米蘭運河工作中，他注視著水流的來源和去向，從實踐中認識了水分循環的真理。法國人潘勞（1608 一1680 年）曾測量和記載了三年的降雨量，並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。馬立台 (1620 一 1684 年 ) 用浮標法測驗森河在巴黎的流速，從而證實了潘勞的年流量估計，這些實驗是雨量足以供應徑流量而有餘這一客觀規律的第一次具體證明。

無論是在蘇聯還是在歐美國家，水文學是在十九世紀末和甘世紀初期才逐漸形成一間獨立的學科的。

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

實例

1926 年，蘇聯社會主義工業化開始的時候，宏偉的工業建設和水利建設對水文學在徑流計算方面提出了緊迫要求。當時 Ⅱ.H. 柯切林在蘇聯電力工業總局工作，負責審核水利工程設計書，他敏銳地感覺到徑流資料的不足。必須首先進行現有資料的歸納工作，才能填補水文工作與水利工程需求之間的嚴重脫節現象。於是他根據 30 處水文站的實測徑流資料，在 1928 年製成了蘇聯歐洲部分年平均徑流量等值線圖。柯氏等值線圖的實用意義非常巨大，是蘇聯第一個和第二個五年計劃時期，千百項水利工程設計中的水文數據的唯一來源，柯切林成為了蘇聯 " 徑流水文學 " 的奠基人。

中國的水文事業基本上是在解放以後才得到了迅速發展。它是密切地服務於水利工程建設和江河防汛工作，一直是屬於水利部門領導和管理，為水利工作作出了巨大的貢獻。

人類在和水分循環系統異常所帶來的水旱災害的鬥爭中，對於水分循環系統的自然規律的認識是在不斷深化，不斷發展的。

在十九世紀，自然科學的發展主要是用分析的方法把整體分成部分，把系統分成要素，孤立地加以研究，因此，人們的認識往往局限於物質系統的一個局部。系統論的創始人貝塔朗菲說， 19 世紀 " 科學的唯一目的是分析。 "

近幾十年來，一方面是學科越分越細，越分越多，一個科學領域往往分為大大小小的許多分支學科，朝著更加專業化的方向發展，另一方面則是各門學科之間互相交錯，互相滲透，在高度分化的基礎上進行綜合，即包括著學科內容的專門化，又包括著學科之間的綜合化。在當代自然科學發展中，綜合化的趨勢更加顯著，人們對系統的認識，已經從局部擴展到整體，考慮系統的整體性和系統各要素間的相互作用。

水文學與氣象學分化之後，它們在各自不同的領域裡研究了水分循環系統的不同環節。而近些年來，包括大氣、陸地和海洋的水分循環系統的綜合模型的研究受到了普遍重視，越來越得到發展。

早在 1965 年斯馬戈林斯基等就進行了有簡單水份循環的大氣環流的數值試驗。這個水份循環包括大尺度運動的水汽的平流，地表的蒸發，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，初始條件為完全乾燥和等溫的大氣。其北半球平均降雨率的計算結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，這方面的研究已經很多。隨著衛星技術的提高，以後可以由衛星提供海溫、海面應力資料，和由衛星測定海洋區域的降水率和水汽濃度，將會更大地增強模式對於水圈的計算能力和計算精度。

中國對於大氣和陸上下墊面之間相互作用的許多方面，及其對區域、全球氣候的影響，都還了解不夠，有待於有效地模擬。土壤表面上熱量和水汽的收支關係是很複雜的。土壤水分特別重要，因為它能貯藏好幾個月，從而為地氣系統提供一種存儲，己有的試驗表明，通過大氣環流模式所模擬的降水、溫度和環流，對土壤濕度非常敏感。初始土壤濕度對環流和降水的影響可長達幾周和幾個月。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。模式試驗表明，當撒哈拉沙漠和美洲高原的反照率增加到 0.45 時，那些地區的降水減少 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系統的同時，也有不少人在研究水分循環的微觀過程。例如，把入滲、排水、植物吸水、蒸騰和蒸發這些事件作為發生在一小塊單一地面以及其上和其下的局部小尺度過程，進行水分循環中的土壤 -- 植物 -- 大氣連續統一的研究，可以為宏觀模型的參數化提供物理依據。

最具有綜合能力的水分循環系統的模式，必須是能夠描述與水分循環系統有關的所有物理變數或參數以及它們複雜的相互作用，這樣的模式是近期內無法完成的。但是經過適當簡化的綜合的水分循環模式卻有可能實現。

目前，中國在水文與氣象的分支學科上，與世界先進水平差距不大，但是水文氣象這個邊緣學科卻是一個十分薄弱的環節。不僅在理論研究上做的不多，而且在應用方面也很落後，如果說，在過去的幾十年裡，僅僅依靠水文學就可以基本滿足水利工作的需要，那麼，在國民經濟和科學技術發展的新的形勢下，傳統的方法已經遠遠不夠。

水資源評價決定於氣象因子，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行的旱澇規律分析和長期趨勢預報，其研究的對象都是水分循環這同一水文氣象系統，所使用的方法也基本類似，完全可以一起協作進行。

在水利工程規劃設計中，現在特彆強調經濟效益和決策的科學化、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計方法給出一個數，而是必須要在氣象成因上尋找科學依據對規劃設計方案進行氣象上的合理性分析，改進水文水利計算結果，使水利工程建築在更為安全可靠和經濟合理的基礎上。

由於經濟的發展，洪災損失越來越大。又由於水資源緊缺、能源緊缺等原因。使得國民經濟各部門對於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，充分發揮水利工程的綜合效益。過去只強調降低水位保證防洪的水庫，現在必須千方百計去解訣防洪與興利的矛盾，必須加強水文氣象的科學知識和技術方法的應用，必須重視水文氣象工作。

江河的防汛工作，過去使用水文預報和利用分蓄洪區，基本上可以防禦較大洪水。在防洪形勢嚴重時，也可以採取臨時扒口和有計劃的分洪來避免大提潰決的災難局面的發生。可是現在由於分蓄洪區的人口越來越密集，工農業生產越來越發展，使用分蓄洪區的難度越來越大，扒口分洪的辦法更難實施，因此就要更加重視暴雨洪水的預報工作。暴雨洪水的監測、預報和警報系統將是近幾年來中國水文與氣象最有前途的結合點之一。

當代科學的發展的特點是綜合問題領先，而不是學科領先，科學技術和生產發展中的重大問題的解決途徑，已經不是一個學科的 " 獨奏 " ，而是不同學科的 " 合奏 " 。當科學技術發展中最富有前途和取得豐碩成果的領域，大都是具有濃厚的綜合研究色彩和學科科際間的綜合性質，水文與氣象這一對地學中的孿生姐妹，已經到了攜起手來共同進行水分循環系統的研究。共同去解決水利工作中重大問題的時候了。

現在人們都很強調信息，地上水的變化趨勢的信息來自於天上。 " 黃河之水天上來" ，自然規律的客觀存在以及國民經濟和科學技術的發展，將使水文氣象這個古老的學科煥發出新的光彩。