CN109992746A - 大气水物质总量、水汽总量及其相应的降水效率计算方法 - Google Patents

大气水物质总量、水汽总量及其相应的降水效率计算方法 Download PDF

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CN109992746A CN201910181447.6A CN201910181447A CN109992746A CN 109992746 A CN109992746 A CN 109992746A CN 201910181447 A CN201910181447 A CN 201910181447A CN 109992746 A CN109992746 A CN 109992746A
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Abstract

本发明提供了大气水物质总量、水汽总量及其相应的降水效率计算方法，包括获取用于计算大气水物质总量的区域、时间区段、大气水物质初值和大气水物质终值；获取第一标量，所述第一标量为大气水物质输入量；获取第二标量，所述第二标量为大气水物质输出量；获取第三标量，所述第三标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；获取第四标量，所述第四标量为所述时间区段内所述区域降落到地面的降水总量；根据所述第一标量、第三标量和大气水物质初值计算大气水物质总量，根据所述第二标量、第四标量和大气水物质终值计算大气水物质总量。本发明相较于仅采用水汽状态量或通量散度描述大气水资源，对大气水物质总量和水汽总量的获取结果更准确。

Description

大气水物质总量、水汽总量及其相应的降水效率计算方法
技术领域
本发明涉及气象数据分析领域，尤其涉及大气水物质总量与大气水物质降水效率、水汽总量与水汽降水效率计算方法及装置。
背景技术
大气水循环是地球大气系统中最重要的一种物质循环,也是一种相态和能量的循环。它是人类生存必不可缺的清洁水再生的唯一来源,因此历来受到大气科学和水文科学工作者的高度重视。对于世界上许多缺乏水资源的地区,如何充分地利用大气中提供的水资源,增加局地的降水量,是一种迫切的社会需求。大气中的水汽量远大于云水量，前人常用水汽来研究大气水循环过程。
前人对大气水循环的研究，通常采用的表达方式，这一表达式表达了大气水物质状态值随时间的变化；表征了大气水物质的通量散度，E表征了湍流进入研究区域的大气水物质量，P表征了大气水物质落速项。
在过去的研究中，有学者将大气可降水量(或水汽含量、整层气柱水汽积分总量)称为空中水资源或空中水汽资源(刘世祥等，2005；向玉春等，2008；刘建西，2010；陈钰文和王佳，2015)；更多学者是从大气可降水量、水汽输送及收支(包括水汽通量和水汽通量散度)三方面对空中水资源的气候变化特征进行分析(任国玉和高歌，2005；zhao，2005；张利平等，2008；刘晓冉等，2015)。对于讨论一定区域、一定时段的大气水资源，前人研究的大气可降水量表征的是某一时刻的垂直积分水汽量，是瞬时的水汽状态量，不能对时间进行积分累加；水汽通量散度表征了水汽的净输入量，也无法描述一定时段区域的资源量。因此，目前尚未有对一定时段一定区域的水汽和大气水物质总量进行计算的方案。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了大气水物质总量与大气水物质降水效率、水汽总量与水汽降水效率计算方法及装置。本发明具体是以如下技术方案实现的：
一方面，一种大气水物质总量计算方法，包括：
获取计算参数以及所述计算参数对应的大气水物质初值和大气水物质终值，所述计算参数包括用于计算大气水物质总量的区域和用于计算大气水物质总量的时间区段；
获取第一标量，所述第一标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输入量；
获取第二标量，所述第二标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输出量；
获取第三标量，所述第三标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
获取第四标量，所述第四标量为所述时间区段内所述区域降落到地面的降水总量；
根据所述第一标量、第三标量和大气水物质初值计算大气水物质总量，和/或根据所述第二标量、第四标量和大气水物质终值计算大气水物质总量。
进一步地，第一标量和第二标量的获取方法，包括：
获取四维水汽场、四维大气水凝物场和四维风场；
根据所述四维水汽场和四维大气水凝物场计算大气水物质状态量；
栅格化区域边界以得到基础计算单元；
结合四维风场和四维大气水物质场计算每个基础计算单元对应的元数据，所述大气水物质场根据所述四维水汽场、四维大气水凝物场线性叠加所得到；所述基础计算单元对应的元数据包括所述基础计算单元对应的大气水物质输入量和所述基础计算单元对应的大气水物质输出量；
根据所述元数据得到第一标量和第二标量。
进一步地，所述结合四维风场和所述四维大气水物质场计算每个基础计算单元对应的元数据包括：
根据所述四维风场和四维水汽场计算水汽元数据，所述水汽元数据包括水汽输入量和水汽输出量；
根据所述所述四维风场和四维大气水凝物场计算大气水凝物元数据，所述大气水凝物元数据包括大气水凝物输入量和大气水凝物输出量；
计算所述基础计算单元对应的水汽元数据；
计算所述基础计算单元对应的大气水凝物元数据；
根据所述水汽元数据和大气水凝物元数据得到所述基础计算单元对应的元数据。
另一方面，一种大气水物质降水效率计算方法，包括：
获取计算参数和所述计算参数对应的大气水物质初值和大气水物质终值，所述计算参数包括用于计算大气水物质总量的区域和用于计算大气水物质总量的时间区段；
根据所述计算参数获取大气水物质总量和实际降水总量；
根据所述实际降水总量和大气水物质总量计算大气水物质降水效率，所述大气水物质降水效率为所述实际降水总量与所述大气水物质总量的比值；
所述大气水物质总量获取方法包括：
获取第一标量，所述第一标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输入量；
获取第二标量，所述第二标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输出量；
获取第三标量，所述第三标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
获取第四标量，所述第四标量为所述时间区段内所述区域降落到地面的降水总量；
根据所述第一标量、第三标量和大气水物质初值计算大气水物质总量，和/或根据所述第二标量、第四标量和大气水物质终值计算大气水物质总量。
另一方面，一种水汽总量计算方法，包括：
获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段；
获取第五标量，所述第五标量为所述时间区段内所述区域的水汽输入量；
获取第六标量，所述第六标量为所述时间区段内所述区域的水汽输出量；
获取第七标量，所述第七标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
获取第八标量，所述第八标量为所述时间区段内所述区域的云内凝结量；
获取第九标量，所述第九标量为所述时间区段内所述区域的云内蒸发量；
根据所述第五标量、第七标量、第九标量和水汽初值计算水汽总量，和/或根据所述第六标量、第八标量和水汽终值计算水汽总量。
另一方面，一种水汽降水效率计算方法，包括：
获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段；
根据所述计算参数获取水汽总量和实际降水总量；
根据所述实际降水总量和水汽总量计算水汽降水效率，所述水汽降水效率为所述实际降水总量与所述水汽总量的比值；
所述水汽总量获取方法包括：
获取第五标量，所述第五标量为所述时间区段内所述区域的水汽输入量；
获取第六标量，所述第六标量为所述时间区段内所述区域的水汽输出量；
获取第七标量，所述第七标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
获取第八标量，所述第八标量为所述时间区段内所述区域的云内凝结量；
获取第九标量，所述第九标量为所述时间区段内所述区域的云内蒸发量；
根据所述第五标量、第七标量、第九标量和水汽初值计算水汽总量，和/或根据所述第六标量、第八标量和水汽终值计算水汽总量。
另一方面，一种水汽凝结效率计算方法，包括：
获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段；
根据所述计算参数获取水汽总量和云内凝结量；
根据所述云内凝结量和水汽总量计算水汽凝结效率，所述水汽凝结效率为所述云内凝结量与所述水汽总量的比值；
所述水汽总量计算方法包括：
获取第五标量，所述第五标量为所述时间区段内所述区域的水汽输入量；
获取第六标量，所述第六标量为所述时间区段内所述区域的水汽输出量；
获取第七标量，所述第七标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
获取第八标量，所述第八标量为所述时间区段内所述区域的云内凝结量；
获取第九标量，所述第九标量为所述时间区段内所述区域的云内蒸发量；
根据所述第五标量、第七标量、第九标量和水汽初值计算水汽总量，和/或根据所述第六标量、第八标量和水汽终值计算水汽总量。
另一方面，一种大气水物质降水效率计算装置，包括：
第一计算参数获取模块，用于获取计算参数以及所述计算参数对应的大气水物质初值和大气水物质终值，所述计算参数包括用于计算大气水物质总量的区域和用于计算大气水物质总量的时间区段；
第一相关标量获取模块，用于根据所述计算参数获取大气水物质总量和实际降水总量；
大气水物质降水效率计算模块，用于根据所述实际降水总量和大气水物质总量计算大气水物质降水效率，所述大气水物质降水效率为所述实际降水总量与所述大气水物质总量的比值。
进一步地，所述第一相关标量获取模块包括：
第一标量获取单元，用于获取第一标量，所述第一标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输入量；
第二标量获取单元，用于获取第二标量，所述第二标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输出量；
第三标量获取单元，用于获取第三标量，所述第三标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
第四标量获取单元，用于获取第四标量，所述第四标量为所述时间区段内所述区域降落到地面的降水总量；
大气水物质总量计算单元，用于根据所述第一标量、第三标量和大气水物质初值计算大气水物质总量，和/或根据所述第二标量、第四标量和大气水物质终值计算大气水物质总量。
另一方面，一种水汽降水效率计算装置，包括：
第二计算参数获取模块，用于获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段；
第二相关标量获取模块，用于根据所述计算参数获取水汽总量和实际降水总量；
水汽降水效率计算模块，用于根据所述实际降水总量和水汽总量计算水汽降水效率，所述水汽降水效率为所述实际降水总量与所述水汽总量的比值。
本发明提供了大气水物质总量与大气水物质降水效率、水汽总量与水汽降水效率计算方法及装置。本发明综合考虑了研究时段、研究区域的大气水循环和大气水平衡。相较于过去仅采用水汽状态量或水汽通量散度来描述大气水资源，本文对大气水物质和水汽总量的定义更加准确，相应的，其获取方法的获取结果也更为准确。进一步地，在此基础上，本发明实施例还给出了大气水物质降水效率、水汽降水效率和水汽凝结效率的计算方法，从而给出了全面评估大气水资源多项指标的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例提供的一种大气水物质总量计算方法流程图；
图2是本发明实施例提供的第一标量和第二标量的获取方法流程图；
图3是本发明实施例提供的一种大气水物质降水效率计算方法流程图；
图4是本发明实施例提供的一种水汽总量计算方法流程图；
图5是本发明实施例提供的一种水汽降水效率计算方法流程图；
图6是本发明实施例提供的一种水汽凝结效率计算方法流程图；
图7是本发明实施例提供的国的六大区域示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了对一定区域一定时间区间内的水汽总量和大气水物质总量进行定量计算，本发明实施例从水分守恒角度进行研究提出了新的水汽总量和大气水物质总量的描述方法，并根据所述描述方法得到了水汽总量和大气水物质总量的计算方法。
本发明实施例提出，在某个空间的某个时刻大气水物质含水量ρm的变化方程为：
其中，ρm为大气水物质含水量，单位为kg/m3；u，v，w为三维风，单位为m/s。Vt为大气水物质的质量加权平均下落末速度，单位为m/s；ρmVt为大气水物质下落通量，是各种大气水物质下落通量的总和，其中以雨、雪、霰和雹为主。
等式左边表示大气水物质瞬时值随时间的变化；右边第一、二项表示大气水物质的水平平流输送；第三项表示大气水物质在垂直方向上的输送(可略)；第四项表示湍流进入研究区域的大气水物质量；第五项表示大气水物质落速项。
为了对一定区域一定时间区间内的水汽总量和大气水物质总量进行计算，本发明实施例根据上述公式并对其各个变量进行三维空间(x,y,z)和时间t的四维积分。四维积分后，整理得到一定区域一定时间区间内的大气水物质平衡描述公式：大气水物质终值-大气水物质初值＝大气水物质输入量-大气水物质输出量+地表蒸发-地面降水。
根据所述大气水物质描述公式，本发明第一个实施例提供一种大气水物质总量计算方法，大气水物质总量可以被理解为一定时段参与区域大气水循环过程的大气水物质收入项之和(或大气水物质支出项之和)。
如图1所示，所述方法包括：
S101.获取计算参数以及所述计算参数对应的大气水物质初值和大气水物质终值，所述计算参数包括用于计算大气水物质总量的区域和用于计算大气水物质总量的时间区段。
所述区域所述时间区段伊始的大气水物质状态量为大气水物质初值；
所述区域所述时间区段结束的大气水物质状态量为大气水物质终值。
S102.获取第一标量，所述第一标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输入量。
S103.获取第二标量，所述第二标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输出量。
大气水物质输入量INm和大气水物质输出量OTm分别为所述时间区段内所述区域边界上水平流入和流出的大气水物质总量，单位为kg。可以根据下述公式进行计算。
方程右边第1、2项为西边界和东边界的大气水物质纬向流入总量，第3、4项为南边界和北边界的大气水物质经向流入总量。各项正值为输入量，负值为输出量，各时刻、各边界、各高度按正、负分别积分得出INm和OTm。这与过去将某个格点或区域的水汽通量散度作为总体来讨论有显著区别，可以细致区分出经区域各边界流入和流出的大气水物质输入量和输出量，从而对一定时段区域的大气水资源特性进行讨论。从积分方程可见，大气水物质的输入和输出是对研究区域边界的积分。
具体地，所述第一标量和第二标量的获取方法如图2所示，包括：
S1.获取四维水汽场、四维大气水凝物场和四维风场。
具体地，可以基于大气再分析资料获取大气温湿场，通过对大气温湿场的诊断得到四维水汽场ρv(x，y，z，t)和四维大气水凝物场ρh(x，y，z，t)。
S2.根据所述四维水汽场和四维大气水凝物场计算大气水物质状态量。
所述根据所述四维水汽场和四维大气水凝物场计算大气水物质状态量包括：
S21.根据所述四维水汽场计算水汽状态量，根据四维大气水凝物场计算大气水凝物状态量。
具体地，水汽状态量可以通过四维水汽场ρv(x，y，z，t)的气柱在各个目标时刻的水汽瞬时量在所述区域的积分获得，目标时刻位于所述时间区段之中。大气水凝物状态量可以通过四维大气水凝物场ρh(x，y，z，t)计算气柱在各个目标时刻的大气水凝物瞬时量在所述区域的积分获得，目标时刻位于所述时间区段之中。
S22.根据所述水汽状态量和所述大气水凝物状态量计算大气水物质状态量。
S3.栅格化区域边界以得到基础计算单元。
具体地，栅格化处理的目的在于将复杂的区域边界分解为矩形区域的拼接结果，从而简化区域边界第一标量和第二标量的计算难度。
S4.结合四维风场和四维大气水物质场计算每个基础计算单元对应的元数据，所述大气水物质场根据所述四维水汽场、四维大气水凝物场线性叠加所得到；所述基础计算单元对应的元数据包括所述基础计算单元对应的大气水物质输入量和所述基础计算单元对应的大气水物质输出量。
所述结合四维风场和四维大气水物质场计算每个基础计算单元对应的元数据包括：
S41.根据所述四维风场和四维水汽场计算水汽元数据，所述水汽元数据包括水汽输入量和水汽输出量。
在一个可行的实施方式中还可以通过四维水汽场与水平四维风场的乘积计算水汽元数据。
S42.根据所述所述四维风场和所述四维大气水凝物场计算大气水凝物元数据，所述大气水凝物元数据包括大气水凝物输入量和大气水凝物输出量。
在一个可行的实施方式中还可以通过四维大气水凝物场与水平四维风场的乘积计算大气水凝物元数据。
S43.计算所述基础计算单元对应的水汽元数据。
S44.计算所述基础计算单元对应的大气水凝物元数据。
S45.根据所述水汽元数据和大气水凝物元数据得到所述基础计算单元对应的元数据。
S5.根据所述元数据得到第一标量和第二标量。
S104.获取第三标量，所述第三标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量。
所述第三标量可以通过公式进行表述，其用于表征所述区域下边界水汽通过分子和湍流扩散过程进入大气的地表蒸发量。
S105.获取第四标量，所述第四标量为所述时间区段内所述区域降落到地面的降水总量。
所述第四标量可以通过公式进行表述，其中，ρhVt为落出所述区域底层边界的大气水凝物通量。
S106.根据所述第一标量、第二标量、第三标量、第四标量、大气水物质初值和大气水物质终值计算大气水物质总量。
具体地，大气水物质总量＝第一标量+第三标量+大气水物质初值，也等同于第二标量+第四标量+大气水物质终值。
本发明实施例中提出的大气水物质总量的获取方法综合考虑了研究时段、研究区域的大气水物质状态量、平流输送、地表蒸发和地面降水过程，完整的表征了大气水循环和大气水平衡。相较于过去仅采用水汽状态量或水汽通量散度来描述大气水资源，本文对大气水物质总量的定义更加准确，相应的，其获取方法的获取结果也更为准确。
在计算得到大气水物质总量的基础上，再结合实际降水量的观测,就可以计算出大气水物质的降水效率。本发明第二个实施例公开了一种大气水物质降水效率计算方法，如图3所示，所述方法包括：
S201.获取计算参数和所述计算参数对应的大气水物质初值和大气水物质终值，所述计算参数包括用于计算大气水物质总量的区域和用于计算大气水物质总量的时间区段。
S202.根据所述计算参数获取大气水物质总量和实际降水总量。
具体地，所述大气水物质总量的计算方法请参考第一个实施例。
S203.根据所述实际降水总量和大气水物质总量计算大气水物质降水效率，所述大气水物质降水效率为所述实际降水总量与所述大气水物质总量的比值。
参考大气水物质的描述方法，本发明实施例进一步提供了水汽的相关研究结果。大气水物质是由水汽和大气水凝物组成的，水汽占主要部分，水汽到降水的转化又需要经过成云致雨过程，本发明第三个实施例提供一种水汽总量计算方法，水汽总量可以被理解为一定时段参与区域大气水循环过程的水汽收入项之和(或水汽支出项之和)，如某一天、某个月、季或年的水汽总量。
如图4所示，所述方法包括：
S301.获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段。
所述区域所述时间区段伊始的水汽状态量为水汽初值；
所述区域所述时间区段结束的水汽状态量为水汽终值。
S302.获取第五标量，所述第五标量为所述时间区段内所述区域的水汽输入量。
S303.获取第六标量，所述第六标量为所述时间区段内所述区域的水汽输出量。
具体地，所述第五标量和第六标量的获取方法请参考S1-S5。
S304.获取第七标量，所述第七标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量。
S305.获取第八标量，所述第八标量为所述时间区段内所述区域的云内凝结量。
具体地，所述云内凝结量包括凝华。
S306.获取第九标量，所述第九标量为所述时间区段内所述区域的云内蒸发量。
具体地，所述云内蒸发包括升华。
S307.根据所述第五标量、第七标量、第九标量和水汽初值计算水汽总量，和/或根据所述第六标量、第八标量和水汽终值计算水汽总量。
具体地，水汽总量＝第五标量+第七标量+第九标量+水汽初值，或水汽总量＝第六标量+第八标量+水汽终值。
本发明实施例提及的水汽总量的获取方法基于本发明具体实施方式前述的对于公式的研究结果，基于与大气水物质总量获取方法相同的发明构思，均综合考虑了研究时段、研究区域的大气水循环和大气水平衡。相较于过去仅采用水汽状态量或水汽通量散度来评价大气水资源，本文对水汽总量的定义更加准确，相应的，其获取方法的获取结果也更为准确。
在计算得到水汽总量的基础上，再结合实际降水量的观测,就可以计算出水汽的降水效率。本发明第四个实施例公开了一种水汽降水效率计算方法，如图5所示，所述方法包括：
S401.获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段。
S402.根据所述计算参数获取水汽总量和实际降水总量。
具体地，所述水汽总量的计算方法请参考第三个实施例。
S403.根据所述实际降水总量和水汽总量计算水汽降水效率，所述水汽降水效率为所述实际降水总量与所述水汽总量的比值。
降水效率是研究云雨转化效率的重要指标，对于研究自然降水和人工影响天气潜力具有重要意义。前人对其定义很多，比如：到达地面的降水质量与进入云中的水汽质量之比、最终到达地面的凝结水占凝结总量的分数、下落的降水总量与假绝热上升运动凝结出来的可被利用的水量之比或地面雨区的总降水率与雨带的总凝结率之比。根据这些计算方法，当降水量相同时，由于凝结量、瞬时大气水物质量或大气水物质输入量不同，计算的降水效率数值差异很大，还可能存在大于1的情况，并不合理。本发明实施例提供的降水效率计算方法从大气水物质总量和水汽总量出发，综合考虑了大气水物质和水汽运动过程中的各个物理环节，其数值一定介于0～1之间，更加合理。
在计算得到水汽总量的基础上，本发明第五个实施例公开了一种水汽凝结效率计算方法，如图6所示，所述方法包括：
S501.获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段。
S502.根据所述计算参数获取水汽总量和云内凝结量。
具体地，所述水汽总量的计算方法请参考第三个实施例。
S503.根据所述云内凝结量和水汽总量计算水汽凝结效率，所述水汽凝结效率为所述云内凝结量与所述水汽总量的比值。
本发明实施例给出了大气水物质总量和水汽总量的计算方法，进而给出了其相关的大气水物质和水汽降水效率、水汽的凝结效率的计算方法，从而使得相关从业人员能够全面评估大气水资源，为大气水资源的定量研究做出了贡献。
进一步地，根据上述提供的大气水资源各项指标的计算方法，本发明实施例对于2008-2010年中国的六大区域进行了相关研究，分区结果如图7所示，将我国分为了东北、东南、西北、西南、华北和中部区域。其大气水资源各项指标的计算结果分别列于表1。其中，水汽总量与大气水凝物总量的和即为大气水物质总量。分析可见，东南和西南区域的水汽总量最多，水汽更新也较快，均小于10天，而西北区域水汽总量最少，水汽更新周期最慢；西南地区的水汽凝结效率最高，约为13％，说明水汽凝结成云水的效率较高。
表1 2008年～2010年不同区域空中各大气水物质相关指标
本发明实施例还提供一种大气水物质降水效率计算装置，包括：
第一计算参数获取模块701，用于获取计算参数和所述计算参数对应的大气水物质初值和大气水物质终值，所述计算参数包括用于计算大气水物质总量的区域和用于计算大气水物质总量的时间区段；
第一相关标量获取模块702，用于根据所述计算参数获取大气水物质总量和实际降水总量；
大气水物质降水效率计算模块703，用于根据所述实际降水总量和大气水物质总量计算大气水物质降水效率，所述大气水物质降水效率为所述实际降水总量与所述大气水物质总量的比值。
进一步地，所述第一相关标量获取模块包括：
第一标量获取单元，用于获取第一标量，所述第一标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输入量；
第二标量获取单元，用于获取第二标量，所述第二标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输出量；
第三标量获取单元，用于获取第三标量，所述第三标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
第四标量获取单元，用于获取第四标量，所述第四标量为所述时间区段内所述区域降落到地面的降水总量；
大气水物质总量计算单元，用于根据所述第一标量、第三标量和大气水物质初值计算大气水物质总量，和/或根据所述第二标量、第四标量和大气水物质终值计算大气水物质总量。
本发明实施例还提供一种水汽降水效率计算装置，包括：
第二计算参数获取模块801，用于获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段；
第二相关标量获取模块802，用于根据所述计算参数获取水汽总量和实际降水总量；
水汽降水效率计算模块803，用于根据所述实际降水总量和水汽总量计算水汽降水效率，所述水汽降水效率为所述实际降水总量与所述水汽总量的比值。
本发明实施例所述一种大气水物质降水效率计算装置以及一种水汽降水效率计算装置均与本发明方法实施例基于相同的发明构思。
本发明实施例还提供了一种设备，设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现各个实施例中所述的方法。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现各个实施例中所述的方法。
需要说明的是：上述本发明实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大气水物质总量计算方法，其特征在于，包括：
获取计算参数以及所述计算参数对应的大气水物质初值和大气水物质终值，所述计算参数包括用于计算大气水物质总量的区域和用于计算大气水物质总量的时间区段；
获取第一标量，所述第一标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输入量；
获取第二标量，所述第二标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输出量；
获取第三标量，所述第三标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
获取第四标量，所述第四标量为所述时间区段内所述区域降落到地面的降水总量；
根据所述第一标量、第三标量和大气水物质初值计算大气水物质总量，和/或根据所述第二标量、第四标量和大气水物质终值计算大气水物质总量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
第一标量和第二标量的获取方法，包括：
获取四维水汽场、四维大气水凝物场和四维风场；
根据所述四维水汽场和四维大气水凝物场计算大气水物质状态量；
栅格化区域边界以得到基础计算单元；
结合四维风场和四维大气水物质场计算每个基础计算单元对应的元数据，所述大气水物质场根据所述四维水汽场、四维大气水凝物场线性叠加所得到；所述基础计算单元对应的元数据包括所述基础计算单元对应的大气水物质输入量和所述基础计算单元对应的大气水物质输出量；
根据所述元数据得到第一标量和第二标量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述结合四维风场和所述四维大气水物质场计算每个基础计算单元对应的元数据包括：
根据所述四维风场和四维水汽场计算水汽元数据，所述水汽元数据包括水汽输入量和水汽输出量；
根据所述所述四维风场和四维大气水凝物场计算大气水凝物元数据，所述大气水凝物元数据包括大气水凝物输入量和大气水凝物输出量；
计算所述基础计算单元对应的水汽元数据；
计算所述基础计算单元对应的大气水凝物元数据；
根据所述水汽元数据和大气水凝物元数据得到所述基础计算单元对应的元数据。
4.一种大气水物质降水效率计算方法，其特征在于，包括：
获取计算参数和所述计算参数对应的大气水物质初值和大气水物质终值，所述计算参数包括用于计算大气水物质总量的区域和用于计算大气水物质总量的时间区段；
根据所述计算参数获取大气水物质总量和实际降水总量；
根据所述实际降水总量和大气水物质总量计算大气水物质降水效率，所述大气水物质降水效率为所述实际降水总量与所述大气水物质总量的比值；
所述大气水物质总量获取方法包括：
获取第一标量，所述第一标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输入量；
获取第二标量，所述第二标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输出量；
获取第三标量，所述第三标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
获取第四标量，所述第四标量为所述时间区段内所述区域降落到地面的降水总量；
根据所述第一标量、第三标量和大气水物质初值计算大气水物质总量，和/或根据所述第二标量、第四标量和大气水物质终值计算大气水物质总量。
5.一种水汽总量计算方法，其特征在于，包括：
获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段；
获取第五标量，所述第五标量为所述时间区段内所述区域的水汽输入量；
获取第六标量，所述第六标量为所述时间区段内所述区域的水汽输出量；
获取第七标量，所述第七标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
获取第八标量，所述第八标量为所述时间区段内所述区域的云内凝结量；
获取第九标量，所述第九标量为所述时间区段内所述区域的云内蒸发量；
根据所述第五标量、第七标量、第九标量和水汽初值计算水汽总量，和/或根据所述第六标量、第八标量和水汽终值计算水汽总量。
6.一种水汽降水效率计算方法，其特征在于，包括：
获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段；
根据所述计算参数获取水汽总量和实际降水总量；
根据所述实际降水总量和水汽总量计算水汽降水效率，所述水汽降水效率为所述实际降水总量与所述水汽总量的比值；
所述水汽总量获取方法包括：
获取第五标量，所述第五标量为所述时间区段内所述区域的水汽输入量；
获取第六标量，所述第六标量为所述时间区段内所述区域的水汽输出量；
获取第七标量，所述第七标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
获取第八标量，所述第八标量为所述时间区段内所述区域的云内凝结量；
获取第九标量，所述第九标量为所述时间区段内所述区域的云内蒸发量；
根据所述第五标量、第七标量、第九标量和水汽初值计算水汽总量，和/或根据所述第六标量、第八标量和水汽终值计算水汽总量。
7.一种水汽凝结效率计算方法，其特征在于，包括：
获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段；
根据所述计算参数获取水汽总量和云内凝结量；
根据所述云内凝结量和水汽总量计算水汽凝结效率，所述水汽凝结效率为所述云内凝结量与所述水汽总量的比值；
所述水汽总量计算方法包括：
获取第五标量，所述第五标量为所述时间区段内所述区域的水汽输入量；
获取第六标量，所述第六标量为所述时间区段内所述区域的水汽输出量；
获取第七标量，所述第七标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
获取第八标量，所述第八标量为所述时间区段内所述区域的云内凝结量；
获取第九标量，所述第九标量为所述时间区段内所述区域的云内蒸发量；
根据所述第五标量、第七标量、第九标量和水汽初值计算水汽总量，和/或根据所述第六标量、第八标量和水汽终值计算水汽总量。
8.一种大气水物质降水效率计算装置，其特征在于，包括：
第一计算参数获取模块，用于获取计算参数以及所述计算参数对应的大气水物质初值和大气水物质终值，所述计算参数包括用于计算大气水物质总量的区域和用于计算大气水物质总量的时间区段；
第一相关标量获取模块，用于根据所述计算参数获取大气水物质总量和实际降水总量；
大气水物质降水效率计算模块，用于根据所述实际降水总量和大气水物质总量计算大气水物质降水效率，所述大气水物质降水效率为所述实际降水总量与所述大气水物质总量的比值。
9.根据权利要求8所述的一种大气水物质降水效率计算装置，其特征在于，所述第一相关标量获取模块包括：
第一标量获取单元，用于获取第一标量，所述第一标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输入量；
第二标量获取单元，用于获取第二标量，所述第二标量为所述时间区段内所述区域的大气水物质输出量；
第三标量获取单元，用于获取第三标量，所述第三标量为所述时间区段内所述区域地表蒸发的水汽量；
第四标量获取单元，用于获取第四标量，所述第四标量为所述时间区段内所述区域降落到地面的降水总量；
大气水物质总量计算单元，用于根据所述第一标量、第三标量和大气水物质初值计算大气水物质总量，和/或根据所述第二标量、第四标量和大气水物质终值计算大气水物质总量。
10.一种水汽降水效率计算装置，其特征在于，包括：
第二计算参数获取模块，用于获取计算参数和所述计算参数对应的水汽初值和水汽终值，所述计算参数包括用于计算水汽总量的区域和用于计算水汽总量的时间区段；
第二相关标量获取模块，用于根据所述计算参数获取水汽总量和实际降水总量；
水汽降水效率计算模块，用于根据所述实际降水总量和水汽总量计算水汽降水效率，所述水汽降水效率为所述实际降水总量与所述水汽总量的比值。
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