第1章 水文集合预报概述

水文循环系统是一个高度的非线性系统。水文模型是对这个复杂非线性系统进行简化并模拟的工具。水文预报通常采用水文模型进行模拟计算，然后给出流量或水位预报。传统单值水文预报主要基于实测降水和气温资料来预报洪水/干旱过程，预见期较短且未给出水文模拟的不确定性信息，而水文集合预报是一种既可以给出确定性预报值，又可以提供预报值不确定性信息的概率预报方法（丛树铮，2010）。相对于传统确定性预报，结合气象预报信息以及概率预报优势的水文集合预报逐渐成为水文预报研究与应用的新方向（Boucher等，2012）。

对于集合预报的研究应追溯至1968年，Lorenz（1963、1968）首先发现大气具有高度非线性的混沌特性，微小的初始条件扰动也会造成系统状态的极大偏差。为解决这一问题，Epstein（1969）和Leith（1974）给出了集合预报的思想和方法，即使用多个成员来描述大气状态的不确定性（Toth和Marchok，2001）将单一确定性预报转变为概率预报。发展至20世纪90年代，Molteni等（1996）和Kalnay等（1997）使气象集合预报成为现实。

气象集合预报的发展与成熟，为水文集合预报奠定了理论基础，促进了水文集合预报的发展。长达30多年的气象集合回报资料库的存在，为我们了解气象预报误差统计特征和不确定性信息提供了有力的数据支持，已经有越来越多的国家和地区开始进行水文集合预报的研究与应用。

本章主要对水文集合预报的理论、方法及应用进展进行综述，探讨水文集合预报的研究及应用的发展方向。