水文气象_第一章绪论

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1、水文气象学 Hydrometeorology 主讲：高玉芳 2 Contact E-mail: gaoyf Tel:18752016612 QQ: 316572999 3 参考书书 n水文学原理，中国水利水电出版社；芮孝芳著，2004年. n气象学,气象出版社; 徐祝龄 主编 1994年. n气象学引论,高等教育出版社; 谢义炳 等编 1959年. n气象学与气候学,高等教育出版社; 周淑贞 主编, 1997年第三 版 n水文气象与航海海洋出版社, (苏)沙帕耶夫 著 1990年. n水文气象学,台北-徐氏基金会; 罗树孝 译, 1976年. n水文气象统计通用模型,中国水利水电出版社; 孙济

2、良 编著, 2001年. n工程水文学，中国水利水电出版社；詹道江，叶守泽合编， 2000年. n水利计算及水资源规划，高等学校教材；叶秉如主编，1995年 第一版. n湖泊水库水文学，河海大学出版社；崔广柏编，2006年. n第一章 绪论绪论 n第二章 水循环环 n第三章 水文气象的地表组组分测测量 n第四章 河川径流 n第五章 产汇产汇 流分析 n第六章 水文气象预报预报 4 5 1.2 水文气象学研究水文气象学研究简简简简史史 水文气象学研究内容水文气象学研究内容 1.3 1水文气象学水文气象学1.1 第一章 绪论绪论 水文气象学的水文气象学的发发发发展机遇展机遇 1.4 主要内容 6

3、7 n 1.1.1 水文学的定义义 n广义的现代水文学研究地表和地下水的产生和运移、 水的理化性质、水与生物和非生物环境的关系以及人 类对水的影响 n主要研究内容：水循环所涉及的地表过程。它利用生 物学、化学、生态学、数学和物理学的原理与方法解 决水资源和水管理中存在的水量、水质问题。 n水文学可认为是一门回答“降雨后发生了什么事？” 的科学。 1.1 水文气象学 hydrometeorology 8 9 1.1 水文气象学 hydrometeorology n 1.1.2 气象学的定义义 n 气象学是论述大气及水在空气中按气态和液 态运动的科学。 n气象学同相关的学科相结合，产生一些边缘性

4、学科，水文气象学是其中之一。 n这两门科学均涉及水文循环-水从海洋经大气 回到海洋或陆地，通过地表和地下的通道重新 回到海洋。 10 n 蒸发发大气输输送降水径流构成水循环环的4个 阶阶段，径流是水文学的核心问题问题 ，而降水和蒸发发 属于水文学和气象学共同关注的问题问题 。 11 12 1.1 水文气象学 hydrometeorology n 1.1.3 水文气象学 n辞海定义义： 研究大气中水分与降雨、地下水和径流等方 面关系的学科。 13 n在实践中，水文气象学关注降水的观测与分析 ，包括由点位观测到一定空间尺度的外推，以 及确定降水概率、计算强风暴频率、评估洪水 灾害、设计地方水工建筑

5、等。 n其研究成果主要用于-河道、水库的防洪兴 利，以及水资源的开发利用和水利水电工程的 规划设计。 14 1.2 水文气象学研究简简史 n1.2.1 国内 （1）林一山1954年倡导水文与气象相结合的洪水预报方法 （2）长委于20世纪60年代初在全国首创水文气象预报业务 ，并由短期水文气象预报扩展到中长期水文气象预报，逐 渐形成短、中、长期水文气象预报相结合的业务体系。 （3）70年代后，全国其他各大流域水利机构和一些省市水 利部门也相继开展了长期水文气象预报业务，长江流域的 长期水文气象预报发展尤为迅速。 满足防汛抗旱和水资源管理、水库运行调度的需要。 15 1.2 水文气象学研究简简史

6、n1.2.2 国外 1884 年A.N. 沃叶意柯夫首次提出了 “ 河川 是气候的产物 ” 这一科学论断，他指出，河道 是水流冲出来的，而水流是降水所供给的，所以 研究水文学，必须首先研究作为水文要素且是气 象要素之一的降水现象。 n 1911 年前苏联水文学家 .M. 奥里杰柯普进一 步发展和改进了 A.N. 沃叶意柯夫关于河川含水 量与气候之间的关系的原理，他在研究了西欧地 区 50 处河川流域的年平均雨量与年平均蒸发量 的资料之后指出，不使用径流的直接观测资料， 而只根据降水量及其它气象要素资料，计算各种 不同流域的蒸发量和径流量是有可能的。 16 17 1.2 水文气象学研究简简史 n

7、1.2.2 国外 20世纪30年代，美国天气局成立水文气象处 ，从气象资料推算可能最大降水和可能最大洪水 ，以满足防洪建筑设计的需要，这是水文和气象 相结合的开始。 从60年代以来，随着气象雷达、气象卫星等 探测技术的发展，降水监测的水平有了很大提高 ，为降水短时预报与洪水预报的结合创造了条件 ，使水文气象学得到了新的发展。 18 1.3 水文气象学研究内容 从水文气象学的角度研究降水与蒸发，主要 有以下3方面的内容：与洪水预报相关的降水监测 和预报，可能最大降水量的估算，蒸发量的估算 。 19 1.3 水文气象学研究内容 1.3.1 降水的监测监测 指在时间时间 和空间间上监测监测 降雨量、

8、降雨强度 测测定降雨量和降雨强度的方法，有直接测测定(降 雨用雨量器、雪深用量雪尺测测量)和间间接测测定（ 雷达、卫卫星云图图估算）两种。 n 雨量器测测量 根据降雨类类型以及降雨资资料的预预期用途，用雨 量器测测量降水，雨量站网必需有一定的空间间密度 、观测频观测频 次和传递资传递资 料的时间时间 。 20 1.3 水文气象学研究内容 1.3.1 降水的监测监测 n 天气雷达估算降雨 覆盖面积积大、分辨率高，有效半径一般为为 200多公里， 可提供一定区域上降雨量和降雨时时空分布的资资料。 一个带带有计计算机的雷达可提供一定面积积上的降雨强度和 降雨总总量 卫卫星云图图估算降雨 瞬时观测时观

9、测 范围围大，资资料传递传递 迅速 21 1.3 水文气象学研究内容 n 1.3.2 降水预报预报 就降水预报预报 方法而言，水文气象学与气象学没有什么 不同。 水文气象学的降雨（或融雪）预报预报 是针对针对 河道防汛、 水库库防洪、兴兴利调调度以及工程施工的实际实际 需要而进进行的专专 业业化预报预报 。 水文气象预报预报 力图图将大气环环流等气象条件与水文特征 紧紧密联联系起来，把降雨的天气模型与洪水模型结结合起来。 n一般在进行降雨预报的同时，还根据河流流域地 貌、流域水分状况、水利工程质量和标准以及降雨 和径流的关系等因素，针对防洪要求作出未来暴雨 、洪水可能发生地区的预报；鉴别和判断

10、流域发生 非常洪水的可能性；洪水发生后，预测洪水发展趋 势，以及库区来水预报等。 22 23 1.3 水文气象学研究内容 n1.3.2 降水预报预报 为了提高暴雨落区、落点、落时预报的精度， 已发展一种以气象卫星、气象雷达、常规气象观测 资料相结合的暴雨监视和短时预报，预报时效为几 小时到十几小时，预报精度较高。 24 1.3 水文气象学研究内容 1.3.3 可能最大降水(PMP) PMP指特定流域范围内一定历时可能的最大降 水量。 一般大型水利工程要采用可能最大洪水 (PMF)作为保坝标准。推求可能最大洪水的方法之 一，是先确定可能最大降水。 确定可能最大降水的方法很多，大致有3种： （1）

11、暴雨频率分析（也称统计学方法）：根 据实测的和调查的暴雨资料，推算出极为稀遇频 率的降水量。 25 26 1.3 水文气象学研究内容 1.3.3 可能最大降水(PMP) （2）气象成因法：根据形成暴雨的基本因素 水汽和动力条件，拟订合理的模式，使这些 影响因素的指标极大化，取其在气象上所能接受 的物理上限值，然后将这些指标组合在一起，构 成更严重的、但在气象上和水文上可接受的时序 ，一般称为气象成因法。 27 1.3 水文气象学研究内容 1.3.3 可能最大降水(PMP) （3）暴雨移置法：将临近地区的实测特大暴雨 经修正后移置到设计流域的过程。 移置时要进行移置的可能性分析和移置修正。 可能

12、性分析 -降雨条件是否相似 移置修正-下垫面差异 28 1.3 水文气象学研究内容 1.3.4 水体的水面蒸发发和流域总总蒸发发 （1）水面蒸发 指某一地区大水体的水面蒸发量，一般用蒸发 器测定水面蒸发。 一般通过实验，求出蒸发器的折算系数，以此 估算实际蒸发量。 另外，也可根据蒸发控制因素的观测资料，即 通过水体热量平衡、水量平衡等一些气象、水文因 素间接计算出水面蒸发量。 29 1.3 水文气象学研究内容 1.3.4 水体的水面蒸发发和流域总总蒸发发 （2）流域总蒸发（陆面蒸发，一般以 E 表示） 指流域或区域内水体蒸发、土壤蒸发、 植物 散发、 冰雪蒸发和潜水蒸发的总和。通常由流域 多年

13、平均的降水量(P)与径流量 (R)的差值EP R 间接求得。 30 1.3 水文气象学研究内容 1.3.4 水体的水面蒸发发和流域总总蒸发发 流域总蒸发的大小受可能蒸发和供水条件（即 蒸发面上可以获得水分补充的程度）的制约。 在干旱和半干旱地区，由于降水稀少，可能蒸发率 大大超过供水能力，流域的年总蒸发接近或等于年 降水量。 n 湿润地区，流域总蒸发和本区的水面蒸发接近或 相等。 n 半湿润地区的陆面蒸发介于上述两种情况之间。 n 就海洋和大陆而言，海洋上的蒸发量大于降水量 ，大陆上的蒸发量小于降水量，因此必须有海洋 向大陆的水分净输送。 31 32 1.4 水文气象学面临临的机遇与挑战战 n

14、 水旱灾害非常严重 （1）灾害种类多 洪涝、干旱、台风、山洪、泥石流等灾害 多发。 （2）发生频率高 1949年以来已发生较大洪水50多次，发生 较大范围的严重干旱17次。 33 1.4 水文气象学面临临的机遇与挑战战 n 水旱灾害非常严重 （3）分布范围广 2/3的国土面积可能产生各种类型、不同程度 的洪水，大部分地区面临不同程度的干旱威胁。 特别是聚集着全国50%以上人口、35%耕地、2/3 工农业总产值的东部和南部经济较发达地区，是 遭受洪水威胁最为严重的地区。 （4）造成损失重 1990年以来，年均洪涝灾害损失占同期GDP 的1.5%左右，年均干旱灾害损失超过同期GDP的 1%。近几年

15、这一比例虽然大幅降低，但仍高于 发达国家平均水平。 34 35 Chalmette, Louisiana after Hurricane Katrina 洪湖遭遇70年一遇的特大干旱 ，降水量与往年相比减少七成 ，53万亩洪湖水面减少了1/4， 湖水最深处只有30多厘米。 36 1.4 水文气象学面临临的机遇与挑战战 n防洪抗旱减灾形势严势严 峻。 在加强防洪工程建设的同时， 不断完善非工程措施，对天气和气候极端事件 做到早预测、早警报、早反应,进一步提高预测警 报的时效性和准确率，以便有关部门及早制订相 应的对策和措施，有效地消除或减轻水旱灾害。 37 1.4 水文气象学面临临的机遇与挑战战

16、 n防汛抗旱减灾、水工程设计设计 运用、应对应对 气候变变 化离不开科学技术术的有力支撑，开展水文气象应应 用研究具有重要意义义。 （1）加强定量降水预报，发展水文气象集合预报和概率 预报，提高面向流域的降水面雨量和洪水过程的预报准确 率和预见期，努力提升洪旱灾害的风险应对能力； （2）进一步改进完善防洪设计方法，开展强调人类活动 的水文效应评估和分析模拟研究，为水工程建设管理提供 科学基础和决策依据。 38 1.4 水文气象学面临临的机遇与挑战战 （3）加强对气候变化涉水方面的区域响应研究， 揭示全球气候变化的区域水循环响应机理和对区域 水资源数量和质量及其经济社会的影响，评估在气 候变化条件下极端气象/水文事件的可能变化，提高 我国水利行业应对气候变化的科学评估和预测能力, 提出我国水资源可持续利用适应和减缓气候变化的 响应机制、适用技术和应对措施。 39 Thank you!Thank you!