水文氣象學

20世紀30年代，美國天氣局成立水文氣象處，從氣象資料推算可能最大降水和可能最大洪水，以滿足防洪建築設計的需要，這是水文和氣象相結合的開始。隨着氣象雷達、氣象衞星等探測技術的發展，從60年代以來，降水監測的水平有了很大提高，為降水短時預報與洪水預報的結合創造了條件，使水文氣象學得到了新的發展。 ^[1] 

在水文循環中，下滲、地下水及地面徑流等，純屬水文學的研究範疇；而降水和蒸發，則為水文學和氣象學共同關注的問題。從水文氣象學的角度研究降水和蒸發主要有以下三個問題：與洪水預報相關的降水監測和預報，可能最大降水量的估算，蒸發量的估算。

①降水的監測和預報

除通過水文和氣象部門的水文站、氣象站和雨量站用雨（雪）量器直接測量雨（雪）量和降水強度外，對於無測站的廣大地區，採用天氣雷達估算降水及衞星雲圖估算降水與實測降水量相結合的辦法進行監測。

②可能最大降水（PMP）

指特定流域範圍內一定歷時（為50年一遇、100年一遇）可能的理論最大降水量。這是大型水利工程樞紐設計的重要參數。計算可能最大降水量的方法一般有：統計學方法，氣象成因法和暴雨移置法。

③流域總蒸發

指流域或區域內水體（江、河、湖、庫）蒸發、土壤蒸發、植物蒸散、冰雪蒸發和潛水蒸發的總和。通常由流域多年平均降水量與徑流量的差值求得。 ^[1] 

測定降雨量和降雨強度的方法，有直接測定(降雨用雨量器、雪深用量雪尺測量)和間接測定（雷達、衞星雲圖估算）兩種。

①雨量器測量

根據降雨類型以及降雨資料的預期用途，用雨量器測量降水，雨量站網必需有一定的空間密度、觀測頻次和傳遞資料的時間。中國的雨量觀測站，水文部門約2萬個，氣象部門約2400個（均未包括台灣省的測站，也未包括氣象哨和其他專業部門的站），站點分佈尚不夠均勻，大部分偏集在東部地區。

②天氣雷達估算降雨

和雨量器觀測相比，天氣雷達具有覆蓋面積大、分辨率高的優點，其有效半徑一般為200多公里，可提供一定區域上降雨量和降雨時空分佈的資料。一個帶有計算機的雷達可提供一定面積上的降雨強度和降雨總量(見雷達測量降水)。70年代以來，天氣雷達已在很多國家的洪水預報警報和城市水資源管理上發揮了重要作用。

③衞星雲圖估算降雨

氣象衞星觀測以其瞬時觀測範圍大，資料傳遞迅速的優點勝於雷達觀測。70年代初期曾根據衞星雲圖照片並與天氣雷達資料相比照，估計長曆時和短歷時降雨量。70年代末以來，歐洲和美洲的一些國家，對衞星雲圖可見光波段的反射輻射和紅外窗區波段（見大氣窗區）的輻射強度進行數字化，利用增強顯示的數字化雲圖估算降雨量已取得了一定的成效，進而由估算的降雨量推算洪水也已開始試驗。該方法往往由於非降水雲的雲層覆蓋，難以分辨出降水雲而影響對降雨的估算。這一缺點通過衞星載微波輻射儀（見微波大氣遙感）有可能得到解決。此外，由衞星雲圖還可以標出積雪範圍和粗估雪深。 ^[2] 

就降水預報而言，水文氣象學與氣象學沒有什麼不同。水文氣象學的降雨（或融雪）預報是針對河道防汛、水庫防洪、興利調度以及工程施工的實際需要而進行的專業化預報。降雨（融雪）、洪水、洪災三者既有內在聯繫又有本質差別。降雨（融雪）不等於洪水，必需在一定流域下墊面和水系情況下才能造成洪水。洪水也不等於洪災，造成洪災有多方面原因。因此水文氣象預報力圖將大氣環流等氣象條件與水文特徵緊密聯繫起來，把降雨的天氣模型與洪水模型結合起來（在積雪地區則要考慮融雪率及其徑流問題）。一般在進行降雨預報的同時，還根據河流流域地貌、流域水分狀況、水利工程質量和標準以及降雨和徑流的關係等因素，針對防洪要求作出未來暴雨、洪水可能發生地區的預報；鑑別和判斷流域發生非常洪水的可能性；洪水發生後，預測洪水發展趨勢，以及庫區來水預報等。為了提高暴雨落區、落點、落時預報的精度，已發展一種以氣象衞星、氣象雷達、常規氣象觀測資料相結合的暴雨監視和短時預報(見天氣預報)，預報時效為幾小時到十幾小時，預報精度較高。它有可能將降雨預報和洪水預報完全結合起來，從而延長洪水預報時效並提高洪水預報精度。

1、可能最大降水(PMP)

PMP是指特定流域範圍內一定歷時可能的理論最大降水量。這種降水量對於大型水利樞紐的設計運用是十分重要的。一般這些工程要採用可能最大洪水(PMF)作為保壩標準。推求可能最大洪水的方法之一，是先確定可能最大降水。確定可能最大降水的方法很多，概括起來有兩種。一種是暴雨(或融雪)頻率分析，即根據實測的和調查的暴雨(或融雪)資料，推算出極為稀遇頻率的降水量，一般稱為統計學方法。另一種是根據形成暴雨的基本因素──水汽和動力條件，擬訂合理的模式，使這些影響因素的指標極大化，取其在氣象上所能接受的物理上限值，然後將這些指標組合在一起，構成更嚴重的、但在氣象上和水文上可接受的時序，一般稱為氣象成因法。此外，還有暴雨移置法等。中國可能最大降水的估算工作自1975年後得到了迅速的發展。1977年編繪了“中國可能最大24小時點雨量等值線圖(試用稿)”以及相應的“中國實測和調查最大24小時點雨量分佈圖”、“中國年最大24小時點雨量均值等值線圖”和“中國年最大24小時變差係數等值線圖”等。

2、水面蒸發和流域總蒸發

水面蒸發指某一地區大水體的水面蒸發量，一般用蒸發器測定水面蒸發，但由於蒸發器與實際水體的自然條件不同，器測的蒸發量一般均大於自然的水面蒸發，且隨器皿的形式、安裝方式和不同季節而異，因此必須通過實驗，求出蒸發器的折算係數，以此估算實際蒸發量。另外，也可根據蒸發控制因素的觀測資料，即通過水體熱量平衡、水量平衡等一些氣象、水文因素間接計算出水面蒸發量。

流域總蒸發又稱陸面蒸發，一般以E表示。係指流域或區域內水體蒸發、土壤蒸發、植物散發、 冰雪蒸發和潛水蒸發的總和。通常由流域多年平均的降水量(P)與徑流量(R)的差值E=P－R間接求得。流域總蒸發的大小受可能蒸發和供水條件（即蒸發面上可以獲得水分補充的程度）的制約。在乾旱和半乾旱地區，由於降水稀少，可能蒸發率大大超過供水能力，流域的年總蒸發接近或等於年降水量。濕潤地區，流域總蒸發和本區的水面蒸發接近或相等。半濕潤地區的陸面蒸發介於上述兩種情況之間，即受供水條件或可能蒸發的控制。就海洋和大陸而言，海洋上的蒸發量大於降水量，大陸上的蒸發量小於降水量，因此必需有海洋向大陸的水分淨輸送。 ^[2]