有效
一种水文业务操作方法、装置、计算机设备和存储介质
孟长青、钟德钰、王新锋、郎永媛、张宇、贾宝真、王光谦
清华大学
孟
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钟
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王
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摘要
本发明实施例提供了一种水文业务操作方法、装置、计算机设备和存储介质,该方法包括:获取在预设的流域中各个区域的水文气象数据;根据水文气象数据计算在区域中、水汽在空中与地面之间的效率系数;根据水文气象数据计算在区域中、有效降雨层离地面的距离;根据水文气象数据计算在区域中、水汽凝结成云层的动力系数;根据效率系数、距离与动力系数计算表征人工增雨潜力的目标值;根据目标值执行水文业务操作。将水汽在空‑地之间转换、空中水汽有效层对地距离不同、以及水汽成云致雨所需动力三个因素进行耦合,提高了用于表征人工增雨潜力的目标值的精确度,增强了基于目标值而进行的水文业务的可操作性,为水文业务作业提供更加可靠的数据参考。
1.一种水文业务操作方法,其特征在于,包括:获取在预设的流域中各个区域的水文气象数据;根据所述水文气象数据计算在所述区域中、水汽在空中与地面之间的效率系数;根据所述水文气象数据计算在所述区域中、有效降雨层离地面的距离;根据所述水文气象数据计算在所述区域中、水汽凝结成云层的动力系数;根据所述效率系数、所述距离与所述动力系数计算表征人工增雨潜力的目标值;根据所述目标值执行水文业务操作;所述水文气象数据包括地面气压至大气顶部各层气压、各气压层平均比湿、风速,以及平均降水量、水利工程的库容、上游水量、河流的平均径流量;所述根据所述水文气象数据计算在所述区域中、水汽在空中与地面之间的效率系数,包括:以压强作为变量、对所述平均比湿在所述地面气压与所述大气顶部气压的范围内积分之后,除以重力加速度并取负值,获得平均大气可降水量;将所述平均降水量除以所述平均大气可降水量,获得降水转换率;将平均径流值除以所述平均降水量,获得径流系数;将所述库容除以所述上游水量与所述径流量之间的和值,获得调控系数;将所述降水转换率、所述径流系数与所述调控系数进行线性融合,获得在空中与地面之间的效率系数;所述水文气象数据包括多个年份的降水量、各个大气层的底边界气压至顶边界气压,各大气层比湿、纬向风速、纬向距离、经向风速、经向距离;所述根据所述水文气象数据计算在所述区域中、有效降雨层离地面的距离,包括:从多个所述年份中识别旱年与涝年,所述涝年的所述降水量大于所述旱年的所述降水量;分别针对所述旱年与所述涝年,以压强为变量、对所述比湿在所述底边界气压与所述顶边界气压的范围内积分之后,除以重力加速度并取负值,获得水汽收支;分别针对所述旱年与所述涝年,基于所述纬向风速、所述纬向距离、所述经向风速、所述经向距离计算水汽通量散度;分别针对所述旱年与所述涝年,若某个所述大气层的所述水汽收支为正值、所述水汽通量散度为负值,则确定所述大气层为候选降雨层;对所述旱年对应的所述候选降雨层与所述涝年对应的所述候选降雨层取交集,获得有效降雨层;将所述有效降雨层的高程减去地面的高层,获得所述有效降雨层离所述地面的距离;所述从多个所述年份中识别旱年与涝年,包括:对多个所述年份的降雨量计算标准差;在所述标准差乘以预设的放大系数的基础上、加上平均降水量,获得降水阈值;若所述年份的所述降雨量大于所述降水阈值,则确定所述年份为涝年;若所述年份的所述降雨量小于或等于所述降水阈值,则确定所述年份为旱年;以及,通过如下公式计算水汽通量散度:其中,Div表示水汽通量散度,u表示所述纬向风速,x表示所述纬向距离,v表示所述经向风速,y所述经向距离,g表示重力加速度,q表示比湿;所述水文气象数据包括纬向风速、纬向距离、经向风速、经向距离;所述根据所述水文气象数据计算在所述区域中、水汽凝结成云层的动力系数,包括:针对分区中的每个网格,基于所述纬向风速、所述纬向距离、所述经向风速、所述经向距离计算水汽通量散度;基于所述水汽通量散度计算所述网格的水汽高程值;若所述水汽高程值小于预设的阈值,则确定所述网格为水资源聚集通道;统计发生所述水资源聚集通道的频率;将所述频率与平均大气可降水量转换为线性关系;若转换完成,则将所述频率与所述平均大气可降水量进行线性融合,获得在所述区域中、水汽凝结成云层的动力系数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过如下公式计算所述网格的水汽高程值:其中, 表示水平梯度算子,J为大气的水汽通量, 表示所述水汽通量散度, 表示势函数, 的数值为水汽高程值;通过如下激活函数将所述频率与所述平均大气可降水量转换为线性关系:其中,F(x)表示激活函数,e表示自然数。
3.根据权利要求1-2任一项所述的方法,其特征在于,所述水文气象数据包括平均降水量;所述根据所述效率系数、所述距离与所述动力系数计算表征人工增雨潜力的目标值,包括:对所述效率系数、所述距离与所述动力系数进行线性融合,获得人工增雨系数;计算所述平均降水量、所述人工增雨系数与预设的降水增加量众位数之间的乘积,获得表征人工增雨潜力的目标值。
4.一种用于执行权利要求1的水文业务操作方法的装置,其特征在于,包括:水文气象数据获取模块,用于获取在预设的流域中各个区域的水文气象数据;效率系数计算模块,用于根据所述水文气象数据计算在所述区域中、水汽在空中与地面之间的效率系数;距离计算模块,用于根据所述水文气象数据计算在所述区域中、有效降雨层离地面的距离;动力系数计算模块,用于根据所述水文气象数据计算在所述区域中、水汽凝结成云层的动力系数;目标值计算模块,用于根据所述效率系数、所述距离与所述动力系数计算表征人工增雨潜力的目标值;水文业务操作执行模块,用于根据所述目标值执行水文业务操作;所述水文气象数据包括地面气压至大气顶部各层气压、各气压层平均比湿、风速,以及平均降水量、水利工程的库容、上游水量、河流的平均径流量;所述效率系数计算模块,包括:平均大气可降水量获得子模块,用于以压强作为变量、对所述平均比湿在所述地面气压与所述大气顶部气压的范围内积分之后,除以重力加速度并取负值,获得平均大气可降水量;降水转换率获得子模块,用于将所述平均降水量除以所述平均大气可降水量,获得降水转换率;径流系数获得子模块,用于将平均径流值除以所述平均降水量,获得径流系数;调控系数获得子模块,用于将所述库容除以所述上游水量与所述径流量之间的和值,获得调控系数;效率系数获得子模块,用于将所述降水转换率、所述径流系数与所述调控系数进行线性融合,获得在空中与地面之间的效率系数;所述水文气象数据包括多个年份的降水量、各个大气层的底边界气压至顶边界气压,各大气层比湿、纬向风速、纬向距离、经向风速、经向距离;所述距离计算模块,包括:旱年与涝年识别子模块,用于从多个所述年份中识别旱年与涝年,所述涝年的所述降水量大于所述旱年的所述降水量;水汽收支获得子模块,用于分别针对所述旱年与所述涝年,以压强为变量、对所述比湿在所述底边界气压与所述顶边界气压的范围内积分之后,除以重力加速度并取负值,获得水汽收支;第一水汽通量散度计算子模块,用于分别针对所述旱年与所述涝年,基于所述纬向风速、所述纬向距离、所述经向风速、所述经向距离计算水汽通量散度;候选降雨层确定子模块,用于分别针对所述旱年与所述涝年,若某个所述大气层的所述水汽收支为正值、所述水汽通量散度为负值,则确定所述大气层为候选降雨层;有效降雨层获得子模块,用于对所述旱年对应的所述候选降雨层与所述涝年对应的所述候选降雨层取交集,获得有效降雨层;距离获得子模块,用于将所述有效降雨层的高程减去地面的高层,获得所述有效降雨层离所述地面的距离;所述旱年与涝年识别子模块,包括:标准差计算单元,用于对多个所述年份的降雨量计算标准差;降水阈值获得单元,用于在所述标准差乘以预设的放大系数的基础上、加上平均降水量,获得降水阈值;涝年确定单元,用于若所述年份的所述降雨量大于所述降水阈值,则确定所述年份为涝年;旱年确定单元,用于若所述年份的所述降雨量小于或等于所述降水阈值,则确定所述年份为旱年;以及,水汽通量散度获得单元,用于通过如下公式计算水汽通量散度:其中,Div表示水汽通量散度,u表示所述纬向风速,x表示所述纬向距离,v表示所述经向风速,y所述经向距离,g表示重力加速度,q表示比湿;所述水文气象数据包括纬向风速、纬向距离、经向风速、经向距离;所述动力系数计算模块,包括:第二水汽通量散度计算子模块,用于针对分区中的每个网格,基于所述纬向风速、所述纬向距离、所述经向风速、所述经向距离计算水汽通量散度;高程值计算子模块,用于基于所述水汽通量散度计算所述网格的水汽高程值;水资源聚集通道确定子模块,用于若所述水汽高程值小于预设的阈值,则确定所述网格为水资源聚集通道;频率统计子模块,用于统计发生所述水资源聚集通道的频率;线性关系转换子模块,用于将所述频率与所述平均大气可降水量转换为线性关系;动力系数获得子模块,用于若转换完成,则将所述频率与所述平均大气可降水量进行线性融合,获得在所述区域中、水汽凝结成云层的动力系数。
5.一种计算机设备,其特征在于,所述计算机设备包括:一个或多个处理器;存储器,用于存储一个或多个程序,当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-3中任一所述的水文业务操作方法。
6.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述的水文业务操作方法。



