前言

我国领土幅员辽阔，南北纵跨纬度50°，东西横跨经度60°，自然地理特征多样，下垫面时空分异巨大。受到气候变化、自然变迁（自然）和人类活动（社会）等综合影响，我国大气、陆表生境发生了重大变化。如：大气变暖、厄尔尼诺等现象导致流域降水量和蒸发量发生显著改变，洪涝、干旱等极端事件不断发生；人类砍伐森林、不断扩大耕地等导致流域内土壤、植被、地形等物理因素亦相应发生变化，进而导致流域河川径流发生突变。此外，水库工程和调水工程的建设也影响了循环过程，大大改变了河川的自然汇流特征。

在水文学这门学科创建至今的200余年中，水文一致性是各类水文理论成立的基础，是开展水文预报的前提。所谓水文一致性，就是假定水文统计特征在过去和将来均保持相对的稳定。然而，受气候变化和人类活动的影响，水循环产、汇流等物理机制会发生较大改变，进而引起水文特征值（如某些统计值：均值、偏态系数、标准差等）变异，并最终导致水文序列失去“一致性”，即水文序列“非一致性”表现。由于流域径流序列的非一致性现象产生，将导致现有或即将开发建设的防洪、抗旱、调度等水利工程面临极大的设计频率失真及决策判断失误等问题，直接影响调度决策和调度效益。

针对变化环境下气象水文稳态性丧失即一致性假设被打破的问题，本书以气象水文模拟及预报的误差分析为切入点，分别从数值天气预报模式的参数化方案动态优化、水文模型产汇流模型结构和高效参数率定技术等方面逐步改进气象水文模型，降低预报中可能出现的种种不确定性；随后，在预报不确定性客观存在的基础上，以调度效益为服务对象，分析预报不确定性最有效的描述方式——集合预报，研发基于气陆耦合的水文集合预报，包括多组降水预报、不同参数和水文模型组合的集合预报。最终，构建了基于三维可视化的气陆耦合集合预报系统平台，从而能更好地为流域水资源管理、洪水预报、水库调度等实际业务提供支撑，服务于流域或区域中面临的重大水事问题。

全书共7章，第1章介绍了本书的研究背景、国内外研究综述，提炼了关键技术问题并设计了研究技术大纲，由廖卫红、王浩、孟现勇编写；第2章介绍了本书针对气候变化条件开展的数值天气预报技术研究，由杨明祥、雷晓辉、蒋云钟编写；第3章介绍了针对高强度人类活动影响，本书如何对分布式水文模型进行改进，由雷晓辉、廖卫红、权锦编写；第4章介绍了为适应变化环境下产汇流参数变化频繁的特点，本书开发的多套参数高效率定算法，由杨明祥、黄晓敏、潘东、秦韬编写；第5章介绍了基于气陆耦合的集合预报技术由杨明祥、张云辉、赵铜铁钢编写；第6章介绍了本书开发的基于三维可视化的预报平台，由杨明祥、王旭、蔡思宇、鲍淑君、常文娟编写；第7章对本书的研究内容和创新成果进行了总结，并提出了研究展望，由王浩、蒋云钟编写。全书由雷晓辉、王浩统稿。

在本书的编写过程中，中国水利水电科学研究院水资源所王建华所长，清华大学洪阳教授，北京师范大学段青云教授、谢先红副教授等在水文模型研发及气象水文预报等方面提出了很多建设性意见。在此，向上述专家表示诚挚的谢意。本书研究工作得到了十三五国家重点研发计划课题“枢纽暴雨洪水预报及应急调控技术”（2016YFC0401903）、“面向江河湖库生态安全的水库群调度技术”（2016YFC0402204）、国家科技支撑计划“雅砻江流域数字化平台建设及示范应用”（2013BAB05B05）等项目的资助，在此一并致谢。

受时间和作者水平所限，本书许多内容还有待完善和深入研究，书中错误和不足之处，恳请读者批评指正。

作者

2015年12月于北京