水文氣象專業設置初探

摘要：應對洪澇、干旱、臺風、山洪、泥石流等種種極端水文氣象事件，單靠水文學科或氣象學科已無法培養出適用的人才。因此，必須加強水文、氣象學科之間的交叉和整合。氣候變化帶來的極端氣候事件增加給水文氣象學發展帶來了機遇和挑戰，開展水文氣象應用研究具有重要意義。本文從開設水文氣象專業的必要性、社會需求分析、研究方向以及南京信息工程大學所具備的獨特資源優勢四個方面進行初步的探討。

關鍵詞：水文氣象專業；極端水文氣象事件；社會需求分析

中國分類號：G624.0？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）37-0134-03

為解決洪澇、干旱、臺風、山洪、泥石流等種種極端水文氣象事件，必須加強水文、氣象學科之間的交叉和整合，水文氣象專業因此應運而生。目前國際上只有俄羅斯、瑞典、英國、烏克蘭四個國家擁有水文氣象研究機構。南京信息工程大學積極開拓，勇于進取，敢于爭先，于2011年9月率先成立大氣科學（水文氣象）本科專業并開始招生，成為中國首家培養大氣科學（水文氣象）專業本科生的高校。現大氣科學（水文氣象）專業在校本科生80人、碩士研究生10人，博士研究生2人。水文氣象專業是大氣科學（水文氣象）專業進化的必然趨勢，本文初步分析了開設水文氣象專業的必要性、社會需求分析、研究方向、南京信息工程大學獨特的資源優勢四個方面的內容，有不當之處，請予指正。

一、水文氣象專業設置的必要性

我國地處東亞季風區，特殊的地理氣候條件導致水旱災害非常嚴重，已成為國家經濟發展的重要制約因素。洪澇、干旱、臺風、山洪、泥石流等災害多發，1949年以來已發生較大洪水50多次，發生較大范圍的嚴重干旱17次[1]。災害分布范圍廣，三分之二的國土面積可能發生各種類型、不同程度的洪水，大部分地區面臨不同程度的干旱威脅，且洪澇、干旱造成的損失慘重。中國正處于經濟快速發展階段，經濟的發展、財富的積累和人口的增加都需要更高的防洪抗旱安全保障，然而全球氣候變化和人類活動影響的加劇將導致水旱災害頻率和程度增加，防洪抗旱和減災形勢更趨嚴峻。為有效地減輕洪澇旱災損失，就必須在加強防洪工程建設的同時，不斷完善非工程措施，對天氣和氣候極端事件做到早預測、早警報、早反應，進一步提高預測警報的時效性和準確率，以便有關部門及早制訂相應的對策和措施，有效地規避或減輕水旱災害。全球氣候變化導致氣溫增高、海平面上升、極端天氣和氣候事件頻發，不僅影響自然生態系統和人類生存環境，而且也制約經濟發展和社會進步。中國實現經濟社會可持續發展，需要應對氣候變化及其對水資源的影響，其形勢嚴峻，任務艱巨。研究制定適應和減緩氣候變化對水資源影響的戰略措施，特別要研究針對極端氣象事件的有效適應措施，提高應對復雜條件下自然災害的能力，在應對氣候變化中實現水資源的可持續利用[2，3]。

為解決上述種種水文氣象事件，必須加強水文、氣象學科之間的交叉和整合。氣候變化帶來的極端氣候事件增加給水文氣象發展帶來了機遇和挑戰，開展水文氣象及其應用研究具有重要意義，因此水文氣象專業的設置是當務之急。

二、水文氣象專業社會需求情況分析

2008年7月17—19日的KALMAEGI（臺灣地區譯為“卡玫基”，大陸譯為“海鷗”）臺風，在臺灣東部宜蘭登錄，18日在屏東、嘉義、南投、臺南及高雄地區的實際降雨量皆超過1000mm。2009年8月8—10日莫拉克（Morakot）臺風襲擊我國臺灣島和大陸，2天雨量達到2327mm（臺灣，屏東尾寮山），3天的雨量達到2777mm（臺灣，嘉義阿里山），創造了中國暴雨的新記錄[4]。這徹底改變了現有的對PMP估算的認識，這樣罕見的特大暴雨是很難用常規的天氣模式來模擬和解釋的。諸如此類的極端強降雨事件給中國的水文氣象研究人員帶來極大的挑戰：這樣罕見的接近世界記錄的大暴雨有沒有可能再現？它出現的天氣形勢和氣候背景是什么？如果莫拉克臺風移動的速度再快一點，它有沒有可能在福建的北部或是浙江的南部降下如此異常的暴雨？PMP估算時怎樣來考慮有橫向水汽入流時的情形？又如何來定量地考慮“源源不斷”的水汽供應？當類似莫拉克臺風襲擊我國東南沿海大陸時，是否可能造成類似2005年8月底美國卡特里拉颶風（Hurricane Katrina）登陸美國新奧爾良時形成的特大洪澇災害，對沿海城市造成巨大的破壞？我國沿海地區的防洪規劃如何來應對這種新的挑戰？這些問題都是水文氣象工作者需要研究的問題，是水文氣象研究的機遇也是挑戰。結合中國地理水文氣象的特殊性，研究PMP估算新方法，特別是資料稀少或短缺地區，是當前急需的事情。單靠水文學科或氣象學科已無法培養出適用的人才，必須加強水文、氣象學科之間的交叉和整合，因此對水文氣象的人才需求尤為強勁迫切。

我國水能資源豐富，水電開發潛力、發展空間巨大。進入21世紀，面對環境保護和節能減排的新形勢、新任務，水電作為清潔能源的發展優勢更加突顯。目前我國水電裝機約2億千瓦，西南水電開發比例只達到30%多，而發達國家已達70%～80%，北歐有的國家甚至達到90%左右，大型水電工程和核電站建設的防洪設計需要大量的既懂水文又懂氣象的、能從事“可能最大降水（PMP）估算”的人才。此外，全國80%的大壩防洪設計標準需要重新計算。在中國和美國，大型水利工程和核電站工程的防洪設計標準、設計規范都規定了必須進行可能最大降水—可能最大洪水估算。同時也需要推求稀遇頻率的洪水，這都是防洪設計標準研究的范疇，最新的研究方法都是通過水文氣象途徑來實現的。可是，實際工作中往往很難找到既懂水文又懂氣象的合格人才，這是工程設計和管理部門最感頭痛、也最需要的地方。

江河的防汛工作，過去使用水文預報和利用分蓄洪區，基本上可以防御較大洪水。在防洪形勢嚴重時，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難局面的發生。可是現在由于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，特別是山洪預警預報系統，將是近幾年來我們國家水文與氣象最有前途的結合點之一，這也需要大量既懂水文又懂氣象的人才。

近年來，每當夏季暴雨來襲，大城市屢成澤國，內澇問題成為近期困擾中國城市的燃眉之急。防澇成了每年夏季城市應急的“必修課”。如何治水，已經成為中國城市安全的新命題。城市內澇的防治和城鄉防洪規劃也需要水文氣象人才[5]。

水文氣象專業畢業后能夠在全國水利部門各勘測設計（規劃）院、核電建設部門、城建部門、環保部門、水利（文）局、各大流域機構、氣象、海洋、民航、工程施工單位、中外合資公司、教育部門、部隊等部門從事理論與應用研究、科技開發等工作，也可繼續攻讀該學科或相關專業研究生。據招生反饋信息，2010和2011年，各大水利水電勘測設計院招收的水文新人中懂氣象的畢業生都得到優先錄用。

三、水文氣象專業主要研究方向

1.水循環要素監測。水循環要素監測主要是指在時間和空間上監測降水和蒸發等水循環要素的特征及其變化。降水監測包括降雨量、降雨強度（在降雪地區監測雪的覆蓋面積和雪深）的監測。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（雷達監測資料、衛星云圖估算）兩種。蒸發量監測是對某一地區水體表面蒸發量的觀測，一般用蒸發器測定。由于蒸發器與實際水體的物理條件不同，蒸發器測的蒸發量均大于自然水面蒸發量，且隨著器皿的形式、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系數，以此估算實際蒸發量。

2.精細降水預報。就降水預報而言，盡管水文氣象學與氣象學從觀測本身上看沒有什么不同，但要求不同。水文氣象要求降雨預報的精細化，即降雨的落區、降雨的時程變化以及面上平均降雨。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系又有本質差別。水文氣象預報力圖將大氣環流等氣象條件與水文特征緊密聯系起來，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系等因素，針對防洪要求做出未來暴雨、洪水可能發生地區的預報；鑒別和判斷流域發生非常洪水的可能性；洪水發生后，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，當前已發展了一種以氣象衛星、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并提高洪水預報精度[6]。

3.可能最大降水。PMP是指特定流域范圍、一年內一定歷時可能的理論最大降水量。這種降水量對于大型水利樞紐的設計運用是十分重要的。一般這些工程要采用可能最大洪水（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，也就是把年極值降雨當作隨機事件來處理，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。另一種是成因分析方法，即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，然后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，推估可能出現的最大暴雨量。此外，還有暴雨移置法等[7]。

4.防洪設計標準。水文氣象分區線性矩法是目前世界上最先進的通過水文氣象途徑對水文氣象極端事件進行分區頻率計算的方法。美國NOAA于上世紀90年代中期首先采用這種途徑對降雨極值進行頻率分析，確定防洪設計標準，并定位國家標準。

5.水文氣象集合預報和流量概率預報。這是一種考慮了降雨不確定性的水文—氣象耦合的動態數值預報系統，它綜合應用了水文學和氣象學的理論通過改變不同的初始條件去模擬各種可能的未來天氣情勢，以概率的形式考慮了預報的不確定性，以提高降雨預報的精度和預見期。另外，考慮了某地某時段的歷史降雨的統計特性，結合當時的天氣形勢，推測當地未來一段時間可能的降雨情勢，再結合水文學原理，做出河流流量預報及其變化范圍，這就是河流流量的概率預報。以上這些都是水文氣象學研究的新領域[8]。

四、南京信息工程大學獨特的資源優勢

經過長期的積累與發展，南京信息工程大學（原南京氣象學院）形成了以大氣科學為核心的學科體系，具有獨特的學科優勢和資源體系。南京信息工程大學具有“氣象人才”搖籃的美譽，在大氣科學方向具有雄厚的實力，氣象學學科1981年建立碩士授予點，1988年被評為中國氣象局重點學科，1993年獲博士學位授予權，1998年設博士后科研流動站，2002年被評為國家級重點學科。長期以來，學校為我國乃至世界各國輸送了大批的氣象技術專業人才，很多畢業生成為各級氣象部門的業務和科研骨干。

為充實大氣科學的學科體系，適應經濟社會發展需要，發揮學科交叉優勢，本校于2009年10月17日成立了應用水文氣象研究院，特聘原美國NOAA水文氣象設計研究中心首席統計水文學家林炳章教授回國主持研究院的工作，依托本校大氣科學學科的學術優勢，開拓了南京信息工程大學在水文氣象研究領域的深度和廣度。成立兩年來，應用水文氣象研究院得到了迅速的發展。目前世界上只有4個水文氣象研究中心，分布在俄羅斯、瑞典、英國、烏克蘭。南京信息工程大學應用水文氣象研究院（AHMRI）是國內第一家以水文氣象學為主攻方向的專業研究和教育機構。

面對當今世界一流大學群雄奮起的局勢，我校積極開拓，勇于進取，敢于爭先，樹立了“建一流特色重點大學”的發展目標。在這一發展目標的指引下，我校水文氣象方向，依托大氣科學專業雄厚的科技資源和學術優勢，在現有學科特色和優勢的基礎上，努力推進水文氣象交叉學科的發展，通過構建合理的課程體系，努力培養從事水文氣象事業的應用人才。

我校大氣科學學院師資力量雄厚，現有教職工137人，其中專任教師92名，專職實踐教學人員25名，專任教師中具有正高級職稱的23人、副高24人，博士生導師18人，碩士生導師28名，有博士學位的64人，40歲以下教師博士化程度達100%。學院另有海內外兼職教授60余人。教師中享受“國務院政府特殊津貼”4人、“國家有突出貢獻中青年專家”2人、入選“國家百千萬人才工程”5人、江蘇省“333跨世紀學術、技術帶頭人培養工程”6人、江蘇省“青藍工程”11人、“江蘇省教學名師”1人。應用水文氣象研究院（AHMRI）現有專任教師15人，其中教授2人，副教授2人，博士后2人，博士9人，是一支研究力量雄厚、學科結構合理、年輕有后勁、教學科研能力強的優秀隊伍。目前，水文氣象專業方向的師資、管理隊伍建設已具初步框架。在未來3年內，預計引進優秀博士8～10人，屆時研究院專任教師規模增至25人左右。同時，大氣科學學院在大氣相關學科方面師資雄厚，可以提供相關學科教學必要的支援。這些均為水文氣象專業設置奠定了良好的基礎辦學條件。

另外，大氣科學學院設有教學科研型氣象臺和氣象災害省部共建教育部重點實驗室，這為水文氣象專業實踐教學環節提供了良好的平臺。應用水文氣象研究院出面組建了一支“水文氣象防洪減災海外學術團隊”，承接了兩項水利部公益性行業專項項目和香港地區“可能最大降水估算前期可行性論證”研究項目，主導并聯合河海大學、南京水利科學研究院、同濟大學、長江水利委員會水文局等單位，共同申報了國家“十二五”科技支撐項目。在水文氣象領域已有一定的研究基礎，取得了良好的科研成果。南京信息工程大學在國內率先成立水文氣象（方向）本科專業，成為中國首家培養水文氣象專業本科生的高校。

參考文獻：

[1]http：//www.nanjing.gov.cn/mjxw/200910/t20091018_281097.htm

[2]雷Wen，查爾斯A.Lin.全球氣候變化及其影響[J].水科學進展，2003，14（5）：667-674.

[3]董李勤，章光新.全球氣候變化對濕地生態水文的影響研究綜述[J].水科學進展，2011，22（3）：429-436.

[4]尹茂祥.莫拉克臺風重創臺灣[J].兩岸關系，2009，（09）：12-13.

[5]http：//news.qq.com/a/20100712/001008.htm

[6]王艷蘭.2007年6月7日大暴雨定量降水精細化臨近預報初步探討[J].氣象研究與應用，2007，（S2）.

[7]王國安.可能最大暴雨和洪水計算原理與方法[M].北京：黃河水利出版社，1999.

[8]李國芳，王燕，顧鶴南.考慮降水預報的三峽入庫流量概率預報模型[J].水電能源科學，2008，26（4）：43-46.

基金項目：江蘇省高校自然科學基礎研究資助項目（11KJB170008）；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目（PAPD）

作者簡介：張小娜（1981-），女，河南南陽人，博士，研究方向水文水資源。