本书系统地介绍了乏资料地区暴雨洪水预报的研究进展及应用示范情况，主要内容包括乏资料地区复杂地形对水文气象影响机制分析及数值计算，乏资料地区降水短临和短期预报方法，乏资料地区暴雨洪水预报模型，乏资料地区径流区间预报模型和不确定性分析方法，乏资料地区暴雨洪水预报应用示范系统开发、集成与应用。 本书适用于水文学及水资源、环境科学、生态科学、水利工程等专业领域的科技工作者、工程技术人员，也可作为高等院校高年级本科生和研究生的教学参考书。

本书面向防洪减灾国家重大需求和经济主战场，重点围绕乏资料地区暴雨洪水预报难题，通过新技术与新方法的研究，旨在提升乏资料地区暴雨洪水预报准确率，为应对暴雨洪水灾害提供决策支撑。

我国是洪水灾害频繁的国家。据19502013年中国水旱灾害公报统计数据，洪涝灾害年均导致受灾人口约1.5亿人次，死亡人口约4327人，直接经济损失达1387.98亿元。近年来，随着极端气候变化，暴雨洪水灾害依然呈高发态势，国家应急管理部公布的2020年全国十大自然灾害中，前4项均为暴雨洪涝灾害，因暴雨洪涝受灾人口达5581万人，因灾死亡、失踪约279人，直接经济损失达2255亿元。暴雨洪涝灾害是我国*严重的自然灾害之一。 开展暴雨洪涝灾害的预测预警是科学应对暴雨洪水灾害的重要技术保障，国内外在暴雨洪水规律及其预报模型研究方面取得了较大的进展，但是目前我国水文观测站点密度较小。据统计，全国每个水文站的控制面积为150平方公里至1万平方公里，特别是暴雨洪水灾害多发、环境恶劣的部分微地形区域，水文观测站点和观测数据更少。现有国内常用洪水预报模型，如新安江模型、单位线模型等，对水文观测资料的依赖程度较高，使得资料缺乏或无资料地区的暴雨洪水预报结果难以达到预想的精度要求。 因此，著者在国家自然科学基金、国家重点研发计划项目等的资助下，围绕乏资料地区微地形暴雨响应机理及暴雨洪水预报方法开展了系统性的研究工作，在乏资料地区复杂地形对水文气象影响机制分析及数值计算、乏资料地区降水短临和短期预报方法、乏资料地区暴雨洪水预报建模理论、乏资料地区径流区间预报模型和不确定性分析方法等方面都取得了重要创新和进展，可为乏资料地区暴雨洪水预报建模提供一种新的思路。项目成果已在甘肃智慧水利项目中得到应用，有力支撑了白龙江舟曲段实现暴雨洪水灾害10天风险预警，3天预报预警，实时监测预警，未来还可进一步在其他暴雨洪水多发的区域推广应用。 本书共6章。第1章简述乏资料地区暴雨洪水预报的背景与意义，并分析乏资料地区暴雨洪水预报存在的主要技术难题，由郭俊编写；第2章探讨乏资料地区复杂地形对水文气象的影响机制及数值计算方法，由郭俊、刘懿编写；第3章讨论乏资料地区降水短临和短期预报方法，由郭俊编写；第4章讨论乏资料地区暴雨洪水预报建模理论与方法，由朱双、郭俊编写；第5章讨论乏资料地区径流区间预报模型和不确定性分析方法，由朱双、郭俊编写；第6章介绍乏资料地区暴雨洪水预报应用示范系统开发、集成与应用，由刘懿编写。全书由郭俊统稿。 中国工程院张勇传院士在本书的编撰和出版过程中给予了诸多的指导和建议；常新雨、卫翔谦、舒海润、倪修、胡海、刘心怡、王岩、张圣楚、李沦、张茂煜等在校博士和硕士研究生参与了本书资料整理和文稿校对。在此一并表示感谢。 本书的出版得到了国家自然科学基金青年科学项目乏资料地区微地形暴雨响应机理及自适应暴雨洪水预报方法研究(编号：52109004)、十四五国家重点研发计划项目课题4多业务融合知识平台构建技术及智慧管理决策方法(编号：2023YFC3209104)等资助。 限于作者水平，书中难免会有错误、疏漏之处，请广大读者朋友不吝批评指正。

郭俊，华中科技大学土木与水利工程学院副教授，长期从事流域暴雨水情预测预警技术研究与应用，近5年主持国家自然科学基金青年项目、国家重点研发计划专题2项，参与其他各类科研与成果转化项目10余项，发表国内外SCI检索学术论文30余篇，授权国家发明专利58项，获中国卫星导航协会科技进步一等奖、中国专利优秀奖、湖南省科技进步二等奖等科技奖励10余项。

第1章 绪论/11.1 研究背景与意义/11.2 国内外研究现状/2 1.2.1 乏资料地区水文气象观测国内外研究进展/3 1.2.2 无资料地区产汇流计算国内外研究进展/41.3 本研究的特色与创新/6 参考文献/7第2章 乏资料地区复杂地形对水文气象影响机制分析及数值计算 /112.1 乏资料复杂地形对水文气象影响机制分析/11 2.1.1 现有雨量观测站数据的不足分析/11 2.1.2 暴雨与地形的关联关系分析/132.2 复杂地形下气象要素精细化计算模型/16 2.2.1 复杂地形下气象要素精细化计算难题/16 2.2.2试验设计和模型介绍/18 2.2.3复杂地形下气象要素精细化计算结果/25 2.2.4 结论/312.3 小结/32参考文献/32第3章 乏资料地区降水短临和短期预报方法/353.1 耦合雷达和深度学习的乏资料地区降水短临预报模型/35 3.1.1 短临降水预报概述/35 3.1.2 数据和试验设计/37 3.1.3 降水预测方法/39 3.1.4 降水预测结果及分析/42 3.1.5 总结和讨论/483.2 融合三维气象要素场的乏资料地区降水短期预报模型/48 3.2.1 短期降水预报概述/48 3.2.2 三维卷积神经网络模型简介/51 3.2.3 研究区域及短期降水建模方法研究/54 3.2.4 短期降水预测结果及分析/573.3 小结/60 参考文献/60第4章 乏资料地区暴雨洪水预报模型/634.1 融合多源空间数据的乏资料地区暴雨洪水预报模型/63 4.1.1 融合多源空间数据的乏资料地区产汇流特征分析/63 4.1.2 乏资料地区自适应暴雨洪水预报建模方法研究/724.2 基于高空间分辨率降水数据的径流预报方法/77 4.2.1 研究思路/77 4.2.2 流域与数据/79 4.2.3 研究方法/82 4.2.4 研究结果/87 4.2.5 结果讨论/94 4.2.6 结论/974.3 物理机制和深度学习双模驱动的洪水预报模型/97 4.3.1 引言/98 4.3.2 方法/99 4.3.3 数据及研究区域/105 4.3.4 水文模型性能评估/106 4.3.5 讨论/114 4.3.6 结论/1164.4基于图神经网络和长短期记忆网络的径流预测/118 4.4.1 模型理论基础/118 4.4.2 图的概念/118 4.4.3 图神经网络/121 4.4.4 融合流域空间属性/122 4.4.5 基于图神经网络和长短期记忆网络的径流预测模型结构设计/124 4.4.6 实验分析/126 4.4.7 结论/1374.5基于多模型耦合校正的洪水预报模型/138 4.5.1总体技术思路/138 4.5.2模型评价指标/140 4.5.3计算结果分析/1414.6 耦合气象-海洋-陆地数据的径流预报误差校正方法/151 4.6.1 引言/152 4.6.2 研究方法概述/153 4.6.3 实例验证及结果分析/160 4.6.4 结果分析/163 4.6.5 结论/1744.7 小结/175参考文献/176第5章 乏资料地区径流区间预报模型和不确定性分析方法/1835.1 单目标与多目标的区间预测方法/1835.1.1 引言/1845.1.2 理论与方法/1855.1.3 实例分析/1905.1.4 结果分析/1915.1.5 讨论/1995.1.6 结论/2005.2 基于LSTM和高斯过程回归的径流不确定性预测方法/200 5.2.1 基于LSTM和GPR的不确定性径流预测模型/201 5.2.2 模型理论基础/201 5.2.3 实验设置/206 5.2.4 实验结果对比与分析/211 5.2.5 结论/2245.3 基于分位数回归和区间校正的不确定性径流预测方法/224 5.3.1 基于LSTM、分位数回归和区间校正的不确定性预测模型结构/224 5.3.2 模型理论基础/226 5.3.3 实验设置/229 5.3.4 实验结果对比与分析/231 5.3.5 结论/2425.4 神经网络模型不确定性分析及降低不确定性方法/243 5.4.1 水文模型不确定分析方法参数设置/243 5.4.2 水文模型参数不确定性程度评价指标/244 5.4.3 径流序列异方差性处理/244 5.4.4 误差分布类型确定/244 5.4.5 模型不确定性结果分析/245 5.4.6 模型结构优化及不确定性分析/2505.5 小结/255参考文献/256第6章 乏资料地区暴雨洪水预报应用示范系统开发、集成与应用/2596.1 白龙江暴雨洪水灾害概况/259 6.1.1 白龙江流域地形地貌/259 6.1.2 白龙江流域水文气象特征/260 6.1.3 白龙江历史重大暴雨洪水灾害/2616.2 系统架构设计/262 6.2.1 系统总体架构/262 6.2.2 系统部署架构/263 6.2.3 模型总体架构/2636.3 系统功能设计/265 6.3.1 气象预报模型/265 6.3.2 分布式栅格新安江水文模型/268 6.3.3 灾情推演模型/2716.4 小结/282参考文献/282