水文、气象现象具有很大的不确定性，因此与水有关的水文、气象、气候方面的现代研究，有很大部分是涉及或针对不确定性的研究和处理的。这无疑都需要使用概率统计方法。与此同时，作者也注意到，由于问题的复杂性，在应用概率统计方法的历史中，也有不正确应用的实例。这正反两方面的事实使作者感到有必要写一本专著，首先使读者能建立严谨、正确的概率统计概念，然后能够掌握各种现代的概率统计方法，从而能在应用中正确使用，并在应用及研究中予以发展、创新，以造福社会。

——丛树铮

在中外近代历史上，有两个人是我最尊敬的。一位是我的老师黄万里，另一位是世界著名科学家爱因斯坦。

我之所以尊敬他们，不仅是由于他们在科学上和事业上的成就，而且更是由于他们高尚的品格。在我看来，他们堪称知识分子的精神楷模。在此，谨摘录他们的一些言论与事迹片段，作为《水科学技术中的概率统计方法》一书代序，奉献给读者，特别是年轻的学生。

黄万里(1911~2001) 是蜚声中外的水利、水文学家。为了国家和人民的利益他一生锲而不舍地追求真理，只说真话，不说假话。他鄙视那种为了谋取私利而歪曲真理、损害公益的可耻行为。他在最后病重时对自己的学生说：“知识分子，特别是决策者的错误认知，是最大的祸国殃民。我们受之于民的太多了，要竭尽自己所能报效国家。”

爱因斯坦(1879~1955)，世界著名科学家。他在《我的世界观》(the world as I see it ) 中写到：“我每天上百次地提醒自己：我的精神生活和物质生活都依靠着别人(包括生者和死者) 的劳动，我必须尽力以同样的分量来报偿我所领受了的和至今还在领受着的东西。我强烈地向往着简朴的生活。”“我也相信，简单淳朴的生活，无论在身体上还是在精神上，对每个人都是有益的。”“人们所努力追求的庸俗的目标——财产、虚荣与奢侈的生活，我总觉得都是可鄙的。” 他远离权势，把一生献给了科学和反法西斯及反战事业。1952年他拒绝了以色列请他担任总统的邀请。他的最后时日是这样度过的：“1955 年4 月13日，动脉瘤破裂。4 月15 日进入Princeton 医院。4 月16 日儿子Hans Albert 从Berkeley来到Princeton。4 月17 日，他打电话给Helen Dukas，要求给他书写的工具以及他最近所作的计算手稿。4 月18 日凌晨1:15 去世。他的遗体于当日下午4 时于Trenton 火化，骨灰撒落于未予透露的地方。”

相信他们的精神会后继有人。

1981 年6 月，由华东水利学院(现河海大学) 主编的《水文学的概率统计基础》一书(以下简称《基础》)。我作为该书的主编人，曾想修改、增订，惜未获得时机。1988 年，本人赴美。后在美国大气海洋总署(NOAA) 下属天气局(NWS) 所属的水文局(OHD) 工作，于2006 年7 月退休。在此期间，学习和使用了多种概率统计方法。利用退休后的三年时间，专门编写了《水科学技术中的概率统计方法》（以下简称“《方法》”），以供国内学者、工程技术人员参考。

水的重要性日益明显。一方面，水是人类生存的必要条件，无水即无生命。可水的数量是有限的，特别对人口众多的中国更是如此。要对有限的水资源作有效的利用，我们就必须对水的量和质做深入研究。另一方面，洪涝、干旱又对人民的生命财产造成危害，因此我们对水在时间上、空间上的分布变化规律必须进行研究。这可以说是一项万世不朽之业。

“天有不测风云。” 我们的祖先早就知道水利、天气、气候现象，具有不确定性。关于必然性、偶然性(不确定性、随机性) 的概念，哲学家们和理论物理学家们仍在争论、研究和探讨(Peat，2002)。但20 世纪60 年代提出的混沌理论(Lorenz,1993)，无疑是一个巨大进展。它使我们知道，天气预报的不确定性(随机性) 却源于表述大气过程的方程组的确定性。粗略地说，这是由于描述大气运动的这组非线性、确定性的方程，对系统的初始条件非常敏感。而大气的初始条件，由于其空间上的广袤，我们无法得到准确的答案。从而不可能对天气做出长期的准确预报。地球上的淡水，都源于降水，而降水又是天气现象的重要因素。因此，混沌理论使我们对水在时间、空间分配上的不确定性有了进一步了解。

概率论是数学的一个分支，专门研究随机的现象，并因此与现实世界有密切的联系。广义地说，统计学是“关于收集、分析和表述资料的知识领域”(McGraw-Hill，1982)。但就很重要的方面来说，统计学可视为概率论应用的一个领域。在水科学技术中，我们应用概率统计方法，就是要对不确定性进行估计、定量，以做出推论和预测。

水科学技术中应用概率统计方法的一个重要实例是通过洪水(暴雨) 的频率分析，来研究具有一定超过频率的洪水(暴雨) 值，以此为工程措施的设计提供依据。这无疑是具有重要意义的。但随着经济和科学技术的发展，水科学技术中应用概率统计方法的重点将转移到对水资源及水资源工程、措施的管理运用方面，即通过对水的预报、预测来获取最大的运用效益以及最大限度地减少灾害。在水文预报的领域内，已广泛地使用概率统计方法。这包括近年来刚发展起来的集合预报(ensemble forecast)。这方面的经济社会价值,将会日益明显。因此，《方法》特设两章分别介绍集合预报(第12 章) 及预报检验(第13 章)的内容。这两个专题的内容，在美国水文界也正处于发展阶段。特别是集合预报，应该说,其内容并非都完全成熟。但作者认为，每一新生学科，在初始阶段，都具有这种特点。通过这种介绍，可使国内的专家学者及时了解这方面的情况，从而在发展集合预报、预报检验的理论、技术及应用方面，作出贡献。

另外，空间资料的统计分析，在地学领域有很多应用与发展。这类方法，在美国水文界也有很多应用。但在国内的水科学技术界应用尚不普及，因此也辟专章(第11 章) 予以介绍。

《方法》其余各章简述如下：第1 章，集合概念，为全书的基础。这在一般的概率统计书中并不多见。作者认为，这是掌握全书的基础。第2~5 章为概率统计的传统内容，但增加了多元亚正态分布、正态分位数变换、二元gamma 分布以及Wishart 分布等新近内容。第6 章，参数估计的理论与方法，强调参数估计的理论，也介绍了现代常用的各种方法。第7 章，假设检验，强调了假设检验的理论，着重介绍了两种错误的概念，然后再介绍常用的一些方法。第8 章，回归分析，除一般回归分析的概念与方法外，还介绍了它在水文气象预报中应用的情况。第9 章介绍了时间序列的统计分析，包括时域分析及频域分析两个方面，强调了时间序列在水科学技术中的应用。第10 章，统计试验方法，一般统计书中并不常见，但这是研究工作中一个有力的工具。

《方法》虽力求题材广泛，但仍有许多水科学技术中有用的概率统计方法未能涉及。如非参数方法、资料同化(data assimilation)、Kalman 滤波以及Wavelet 等。有需要的读者可参考有关专著。

最后，应该说明，由于《方法》的性质属于应用数学范畴，读者对象为水科学技术界的科学家、工程师、教师与学生。因此书中的数学陈述在许多情况下并不具备纯数学的严谨性。作者认为，就应用角度而言，概率统计方法的重要方面都是和主题的概念(idea) 而非技术细节相关联的。因此，《方法》的重点是介绍概率论与数理统计的基本概念与原理，只有牢固地掌握了这些内容，才有可能在工作中正确、灵活和创造性地加以运用。

本文由刘四旦摘编自丛树铮著《水科学技术中的概率统计方法》一书。标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-025586-0

定价: 86.00 元

《水科学技术中的概率统计方法》介绍了概率统计的基本理论与在水科学技术中常用的近代方法。概率部分，包括Bayes 定理的应用、亚正态分布、分位数变换及多元Gamma 分布等；统计部分，包括参数估计的理论与各种近代方法、假设检验、回归分析、时间序列分析、空间资料分析等在水科学中的应用，并附有大量实例。本书还首次介绍了水文集合预报的概念与方法，以及水文预报检验的价值、理论与方法。

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