作者：袁慧玲
20世纪经过两次世界大战，各国开始发展社会、复苏经济，工业、农业、交通、城市建设等行业都迫切需要解决一系列水利工程和气象预报问题，促进了水文学和大气科学迅速发展。例如，1944年6月6日诺曼底登陆为盟军开辟了欧洲第二战场，扭转了第二次世界大战的战略态势，而天气预报在这次战役起到了至关重要的作用。20世纪30年代以来，水文学和气象学逐步有机结合，形成了水文气象学交叉学科，研究对象侧重于水循环中的降水、蒸散发、渗透和土壤水运动、径流和产汇流、地下水等物理过程。
水文气象学认识的演变
定量水文学从1850年代开始，从流域汇流时间（Mulvaney，1851）、地下水达西定律（Darcy，1856）、浅水方程（Saint-Venant，1871；Manning，1891）、流域单位线（Sherman，1932），到渗透模型（Green and Ampt，1911；Horton，1933）、蒸发公式（Penman，1948）等，为今天的降雨-径流模型奠定了物理基础，并逐步形成了水文科学。从经验时代（1910-1930年）到理论时代（1930-1950年），水文学从实用工程水文学向水文科学基础研究转变，概率论、数理统计和随机过程等方法促进水文观测、计算和预报进一步发展。从系统时代（1950-1970年）到过程时代（1970-1990年），新技术特别是计算机的应用，促进了水文实验、水文数学模型和预报，以及水汽收支、蒸发计算、卫星降水估计、陆面参数化和陆地生态模型、水资源和人类活动等研究的发展。在地球科学时代（1990-2010年），水文科学作为地球科学中的一门独立“科学”（Klemes1988；National ResearchCouncil 1991；Eagleson 1991），在陆面水文气象模式、数据同化、渗透和蒸散发计算等方面得到迅速发展。网络、实验、业务研究、高性能计算、遥感和大数据等技术的不断革新与发展，推动了水文气象学在机理、观测和预报等方面的进步，并与多个学科交叉，进入到“人类-水循环”的协同演化时代（2010-2030年）。
水文气象预报的进展
20世纪上半世纪，大气科学的发展从挪威气象学家Bjerknes（1904）对数值预报的阐述，英国气象学家Richardson的数值预报尝试（1922），计算稳定性问题（德国数学家Courant等，1928），到美国气象学家Rossby的长波理论（1939）和Charney提出的简化大气方程组（1947），为现代数值天气预报奠定了理论基础。1950年，Charney, Fjortoft, Neumann利用计算机成功制作了24小时天气形势预报，标志着现代数值天气预报的开始。1960-1970 年代，国际上开始了数值预报，特别是中期天气预报的试验和业务化。数值模式也从数值天气预报模式、大气环流模式、海气耦合模式，发展到今天更为复杂的地球系统模式。1960年代，Lorenz的混沌理论，加深了对数值预报初始条件的误差和预报不确定性的认识；自1992年开始，集合天气预报逐渐成为业务气象预报。随着观测系统、数据资料同化、数值预报技术和计算条件的改进，天气预报技巧也在逐步改善。
在很多国家，气象学和水文学的研究和业务预报是有机结合在一起的，现代水文气象主要在定量降水估计与预报、流域水文模型、水文气象耦合预报等方面取得了进展。水文气象预报的时间尺度从几分钟、几小时的闪洪，到日尺度的天气，月、季节（例如干旱、径流）和年代际气候，不仅关注极端天气水文事件（暴雨、洪水等）和区域尺度（流域或地区），还关注全球尺度的水文气候变化。当前，无缝隙（跨时空尺度的模式、数据、方法和信息产品）预报成为水文气象预报系统的研发目标。高性能计算和高分辨率地理、水文气象数据的进步，推动了分布式水文模型和高分辨率水文气象耦合模式，以及水文气象预报技术（包括集合预报）的发展。在统计预报方法的基础上，目前基于大数据挖掘的人工智能神经网络、深度学习、图像识别等新技术，也在水文气象预报中得到应用（例如智慧水务、智慧气象）。
水文气象观测的进展
20世纪相关行业（航空、农业、气象、水文、环境等）的社会需求推动了水文气象仪器和探测技术的进展。例如，第一次世界大战期间，飞机和无线探空技术促进了高空气象资料的观测。随着计算机、地理信息系统、遥感、大数据、监测仪器、无线传输等技术的进步，降水、降雪、土壤湿度、地表蓄水量、蒸散发、水位和流量等要素的观测手段不断改进，形成了从区域到全球的水文气象观测系统。以定量降水估计为例，地基和天基降水测量系统包括地面站点（雨量计和雨滴谱）、雷达、卫星等，观测范围发生了从点到面的转变；而雨滴谱仪器除了可测量总降水还能给出雨滴大小的分布，提供了多维度的降水观测。水文气象观测系统与数值模式的发展是互相促进，相辅相成的。例如，气象雷达的观测目标不仅包括降水、云层和晴空回波，还可以用于观测中尺度对流复合体，热带气旋等的研究和业务。在数据同化方面，高分辨率的地面气象观测网，气象雷达和卫星观测，可以改进临近短时天气预报的准确率，延长预见期；同时改进了数值模式的初始条件，从而提高了中短期数值天气预报的准确率。同样，精细化的降水观测和估计也为改进流域面雨量的准确估计奠定了基础；气象雷达、卫星结合水文模型，还可以提高洪水预报的准确率。此外，更精确的观测促进了数值模式物理过程和参数化方案等的改进。
水文气象的未来方向和应用
21世纪是致力于人与自然和谐发展的世纪。在全球变化和人口增加的背景下，水文气象学的科学工作者们关注“人类-水循环”的相互影响和作用（例如气候-能源-水的关联，食物-能源-水的耦合），研究自然与社会资源的协同演化，致力于解决全球性的水文气象问题，促进人类社会的可持续发展。针对全球水循环和全球尺度水文气象模拟，21世纪新的进展主要集中在水循环变化和水资源分布的评估；水资源和水安全的量化和科学管理；全球卫星遥感科学在水、粮食和灾害（洪水、火灾等）管理上的推广应用；基于高时空分辨的新数据改进复杂数值模式和提高长、中、短期预报；水文气象与其他学科的深度融合和交叉，例如陆气相互作用和生物地球化学过程，水文气象和生态系统耦合机制。
未来新的 “大数据”时代将引领水文气象学在计算和理论的进步，结合气候、天气、数值模拟和遥感等探测手段，需要解决与多学科交叉融合的关键问题，例如提高对碳循环和水循环、生物地球化学过程的认识，发展复杂的地球系统模式，改进水文与大气、海洋和生态环境系统耦合的模拟，完善基于业务卫星遥感的多尺度（从城市尺度到全球尺度）暴雨、洪水预报系统，以及发展综合人类和水系统的社会经济学。
水文气象专业和就业方向
我国单独设置水文气象专业的高校有南京信息工程大学，水文与水资源工程学院下设大气科学（水文气象模块）、水文与水资源工程和水利科学与工程三个专业。很多综合性大学拥有地球科学的多个学科，因此水文气象研究可能涉及不同学院，包含水文气象研究方向的部分高校（排名不分先后）：河海大学水文水资源学院、南京大学（大气科学学院、地理与海洋科学学院、地球科学与工程学院）、中山大学（大气科学学院、地理科学与规划学院），清华大学（土木水利学院、地球系统科学系）、北京师范大学地理科学学部、北京大学（城市与环境学院、物理学院大气与海洋科学系）、兰州大学（大气科学学院、资源环境学院）、复旦大学大气与海洋科学系、中国海洋大学海洋与大气学院、国防科技大学气象海洋学院等。
就业和深造方向：可在大气科学、水文学、应用气象、环境科学等相关专业继续深造。就业覆盖气象、水利、海洋、能源（电力等）、农林、民航、国防、环境保护、城市建设、遥感应用、规划设计、互联网信息、计算机软件、经济分析等相关行业单位、科研部门和高等院校。
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