CN114781199A - 水源涵养对气候变化的响应分析方法、装置、介质和设备 - Google Patents

水源涵养对气候变化的响应分析方法、装置、介质和设备 Download PDF

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CN114781199A CN202210732932.XA CN202210732932A CN114781199A CN 114781199 A CN114781199 A CN 114781199A CN 202210732932 A CN202210732932 A CN 202210732932A CN 114781199 A CN114781199 A CN 114781199A
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赵玲玲
王钧
陈彩霞
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Abstract

本申请提供一种水源涵养对气候变化的响应分析方法、系统、介质和设备，所述响应分析方法包括：根据待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图和逐日气象数据构建待研究流域的分布式水文模型；根据分布式水文模型和多个预设气候变化情景，获取待研究流域的第一水源涵养量和第二水源涵养量；并根据第一水源涵养量、第二水源涵养量、逐日气象数据和气象要素变化情景生成水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图，并对第一水源涵养量与各个气象要素进行皮尔逊相关性分析。可以量化评估水源涵养对多个气象要素的响应情况，以便于用户确定各个气象要素对水源涵养变化的重要性。

Description

水源涵养对气候变化的响应分析方法、装置、介质和设备
技术领域
本申请涉及水源涵养对气象要素的响应情况技术领域，具体涉及一种水源涵养对气候变化的响应分析方法、系统、介质和设备。
背景技术
水源涵养是流域重要的生态系统服务功能之一，也是区域生态环境良好与否的重要指标之一，其作用主要表现在拦蓄降水、调节径流、净化水质等方面，并且对于调节区域水循环、改善地表水文状况以及维持区域生态系统平衡具有关键作用。但目前大尺度水源涵养研究大多集中于水源涵养时空分布研究，关于水源涵养对气候变化的关联性缺乏对应的分析技术。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种水源涵养对气候变化的响应分析方法、系统、介质和设备，可以量化评估水源涵养对多个气象要素的响应情况，以便于用户确定各个气象要素对水源涵养变化的重要性，有利于流域水资源合理利用的规划和管理。
本申请的一个实施例提供一种水源涵养对气候变化的响应分析方法，包括：
获取待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图、逐日气象数据以及逐月径流数据；其中，所述逐日气象数据包括多个气象要素的逐日数据；
根据所述数字高程模型、所述水系图、所述土壤类型图、所述土地利用图和所述逐日气象数据构建所述待研究流域的WEP-L分布式水文模型，并通过所述逐月径流数据对所述WEP-L分布式水文模型进行率定和验证；
通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量；
获取各个所述气象要素对应的多个预设气象要素变化值，根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素对应的所述多个预设气象要素变化值，得到各个所述气象要素对应的多个变化数据；
根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素的多个变化数据，生成多个气候变化情景；其中，各个气候变化情景包括一个所述气象要素的一个所述变化数据以及多个其他所述气象要素的逐日数据；
将各个所述气候变化情景分别输入到所述WEP-L分布式水文模型，得到各个变化情景的流域降水量、流域蒸散发量和流域地表径流；
根据各个所述变化情景的流域降水量、所述变化情景的流域蒸散发量以及所述变化情景的流域地表径流，计算出所述待研究流域对应各个所述变化情景的第二水源涵养量；
根据所述变化数据与所述气象要素的对应关系，将所述气候变化情景进行分类，使同一个分类的所述气候变化情景包括的变化数据都对应同一个所述气象要素；
根据同一个分类的所述气候变化情景对应的所述气象要素的变化数据和第二水源涵养量，以及对应的所述气象要素的逐日数据和所述待研究流域的所述第一水源涵养量，生成水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图；
对所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，得到所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，将所述相关性系数确定为所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果。
相对于现有技术，本申请的水源涵养对气候变化的响应分析方法，通过待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图和逐日气象数据构建出所述待研究流域的WEP-L分布式水文模型，再利用逐月径流数据对所述WEP-L分布式水文模型进行率定和验证，从而得到可以准确模拟所述待研究流域的水文模型，并根据所述WEP-L分布式水文模型获得所述待研究流域的第一水源涵养量，然后通过水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图，方便用户根据所述响应分析图对比水源涵养对各个气象要素变化的具体响应关系，例如水源涵养量响应于单个气象要素变化具体是表现为正响应还是负响应及其响应程度，其中，正响应表示水源涵养量响应于单个气象要素的上升而增加，负响应表示水源涵养量响应于单个气象要素的上升而减少。而且还将所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，以得到所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果。从而实现量化评估水源涵养对多个气象要素的响应情况，以便于用户确定各个气象要素对水源涵养变化的重要性，有利于流域水资源合理利用的规划和管理的技术效果。
本申请的一个实施例还提供一种水源涵养对气候变化的响应分析装置，包括：
数据获取模块，用于获取待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图、逐日气象数据以及流域内水文站实测逐月径流数据；其中，所述逐日气象数据包括多个气象要素的逐日数据；
水文模型构建模块，用于根据所述数字高程模型、所述水系图、所述土壤类型图、所述土地利用图和所述逐日气象数据构建所述待研究流域的WEP-L分布式水文模型，并通过所述逐月径流数据对所述WEP-L分布式水文模型进行率定和验证；
第一水源涵养量获取模块，用于通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量；
变化数据获取模块，用于获取各个所述气象要素对应的多个预设气象要素变化值，根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素对应的所述多个预设气象要素变化值，得到各个所述气象要素对应的多个变化数据。
气候变化情景生成模块，用于根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素的多个变化数据，生成多个气候变化情景；其中，各个气候变化情景包括一个所述气象要素的一个所述变化数据以及多个其他所述气象要素的逐日数据；
情景数据获取模块，用于将各个所述气候变化情景分别输入到所述WEP-L分布式水文模型，得到各个变化情景的流域降水量、流域蒸散发量和流域地表径流；
第二水源涵养量获取模块，用于根据各个所述变化情景的流域降水量、所述变化情景的流域蒸散发量以及所述变化情景的流域地表径流，计算出所述待研究流域对应各个所述变化情景的第二水源涵养量；
情景分类模块，用于根据所述变化数据与所述气象要素的对应关系，将所述气候变化情景进行分类，使同一个分类的所述气候变化情景包括的变化数据都对应同一个所述气象要素；
响应分析图生成模块，用于根据同一个分类的所述气候变化情景对应的所述气象要素的变化数据和第二水源涵养量，以及对应的所述气象要素的逐日数据和所述待研究流域的所述第一水源涵养量，生成水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图；
响应分析模块，用于对所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，得到所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，将所述相关性系数确定为所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果。
相对于现有技术，本申请的水源涵养对气候变化的响应分析装置，通过待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图和逐日气象数据构建出所述待研究流域的WEP-L分布式水文模型，再利用逐月径流数据对所述WEP-L分布式水文模型进行率定和验证，从而得到可以准确模拟所述待研究流域的水文模型，并根据所述WEP-L分布式水文模型获得所述待研究流域的第一水源涵养量，然后通过水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图，方便用户根据所述响应分析图对比水源涵养对各个气象要素变化的具体响应关系，例如水源涵养量响应于单个气象要素变化具体是表现为正响应还是负响应及其响应程度，其中，正响应表示水源涵养量响应于单个气象要素的上升而增加，负响应表示水源涵养量响应于单个气象要素的上升而减少。而且还将所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，以得到所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果。从而实现量化评估水源涵养对多个气象要素的响应情况，以便于用户确定各个气象要素对水源涵养变化的重要性，有利于流域水资源合理利用的规划和管理的技术效果。
本申请的一个实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法的步骤。
本申请的一个实施例还提供一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法的步骤。
附图说明
图1为本申请一个实施例的水源涵养对气候变化的响应分析方法的流程图。
图2为本申请一个实施例的水源涵养对气候变化的响应分析方法的步骤S301-S302的流程图。
图3为本申请一个实施例的水源涵养对气候变化的响应分析方法的步骤S311-S312的流程图。
图4为本申请一个实施例的水源涵养对气候变化的响应分析装置的模块连接图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅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，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。在此所使用的词语“如果”/“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
请参阅图1，其是本申请一个实施例的水源涵养对气候变化的响应分析方法的流程图，包括：
S1、获取待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图、逐日气象数据以及逐月径流数据；其中，所述逐日气象数据包括多个气象要素的逐日数据。
所述待研究流域可以是指一个水洗的干流和支流所流过的整个地区。
数字高程模型（Digital Elevation Model），简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），数字高程模型是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。其中，获取数字高程模型的方法有许多，例如：（1）直接从地面测量，所涉及的仪器有水平导轨、测针、测针架和相对高程测量板等构件，也可以用GPS、全站仪、野外测量等高端仪器；（2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取，如立体坐标仪观测及空三加密法、解析测图、数字摄影测量等等；（3）从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集然后通过内插生成DEM等方法。
水系图是着重表示水系分布的一种地理底图，可以根据航空像片绘制。
土壤类型图是用于反映自然界各种土壤类型及其地理分布的一种缩影图。
土地利用图是表达土地资源的利用现状、地域差异和分类的专题地图，具体地，常采用逐级分类法，如一级分类有都市用地、农业用地、林地、水体、灌木、草地、沼泽、荒地等；二级分类如农业用地中分作物、果园、苗圃等。
逐日气象数据可以通过位于所述待研究流域内或位于所述待研究流域周边的气象站获取，所述逐日气象数据包括降水、平均气温、日照时数、相对湿度、平均风速等多个气象要素。
所述逐月径流数据可以通过位于所述待研究流域内的水文站获取。
S2、根据所述数字高程模型、所述水系图、所述土壤类型图、所述土地利用图和所述逐日气象数据构建所述待研究流域的WEP-L分布式水文模型，并通过所述逐月径流数据对所述WEP-L分布式水文模型进行率定和验证。
WEP-L分布式水文模型是一个地理学数据模型，依据收集的地形、水系、土壤、土地利用和气象等数据生成，可以用于模拟流域的水循环，并输出流域的水循环通量要素的数据，其中，所述水循环通量要素包括流域降水、流域蒸散发、流域地表径流、流域壤中流和流域地下径流等。
S3、通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量。
水源涵养是指生态系统通过其特有的结构与水相互作用，对降水进行截留、渗透、蓄积，并通过蒸发实现对水流、水循环的调控，而所述第一水源涵养量是指将所述待研究流域的水源涵养参数以量化形式表示。
S4、获取各个所述气象要素对应的多个预设气象要素变化值，根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素对应的所述多个预设气象要素变化值，得到各个所述气象要素对应的多个变化数据。
其中，各个所述气象要素都对应有8个预设气象要素变化值，各个所述气象要素对应的多个预设气象要素变化值如表1所示：
Figure 184834DEST_PATH_IMAGE001
表1
以降水为例，所述降水对应的一个所述变化数据是根据降水的逐日数据以及降水对应的所述多个预设气象要素变化值中的一个数据生成的，例如一个所述变化数据对应的是表1中的降水的+20%这一预设降水变化值，则所述变化数据是降水的逐日数据的120%；另一个所述变化数据对应的是表1中的降水的-10%这一预设降水变化值，则所述变化数据是降水的逐日数据的90%。
以表1为例，由于所述气象要素包括降水、平均气温、日照时数、相对湿度、平均风速5个，且每个所述气象要素都对应有8个预设气象要素变化值，因此每个所述气象要素都对应有8个变化数据。
S5、根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素的多个变化数据，生成多个气候变化情景；其中，各个气候变化情景包括一个所述气象要素的一个所述变化数据以及多个其他所述气象要素的逐日数据。
例如，第一个气候变化情景包括了降水的一个所述变化数据，以及平均气温、日照时数、相对湿度、平均风速等其他各个所述气象要素的逐日数据。因此，以表1为例，我们可以知道根据表1的气象要素的种类量和预设气象要素变化值的数量生成的气候变化情景数量为40个。
S6、将各个所述气候变化情景分别输入到所述WEP-L分布式水文模型，得到各个变化情景的流域降水量、流域蒸散发量和流域地表径流。
S7、根据各个所述变化情景的流域降水量、所述变化情景的流域蒸散发量以及所述变化情景的流域地表径流，计算出所述待研究流域对应各个所述变化情景的第二水源涵养量。
其中，所述步骤S7中，计算各个所述变化情景的第二水源涵养量的过程与所述步骤S312中的公式原理完全相同，因此不再赘述。
S8、根据所述变化数据与所述气象要素的对应关系，将所述气候变化情景进行分类，使同一个分类的所述气候变化情景包括的变化数据都对应同一个所述气象要素。
通过步骤S8，可以将所述气候变化情景分成5个分类，且每个分类分别对应一个所述气象要素，例如，对应降水这一气象要素的分类的所述气候变化情景的变化数据都是对应降水这一气象要素的。
S9、根据同一个分类的所述气候变化情景对应的所述气象要素的变化数据和第二水源涵养量，以及对应的所述气象要素的逐日数据和所述待研究流域的所述第一水源涵养量，生成水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图。
S10、对所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，得到所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，将所述相关性系数确定为所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果。
相对于现有技术，本申请的水源涵养对气候变化的响应分析方法，通过待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图和逐日气象数据构建出所述待研究流域的WEP-L分布式水文模型，再利用逐月径流数据对所述WEP-L分布式水文模型进行率定和验证，从而得到可以准确模拟所述待研究流域的水文模型，并根据所述WEP-L分布式水文模型获得所述待研究流域的第一水源涵养量，然后通过水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图，方便用户根据所述响应分析图对比水源涵养对各个气象要素变化的具体响应关系，例如水源涵养量响应于单个气象要素变化具体是表现为正响应还是负响应及其响应程度，其中，正响应表示水源涵养量响应于单个气象要素的上升而增加，负响应表示水源涵养量响应于单个气象要素的上升而减少。而且还将所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，以得到所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果。从而实现量化评估水源涵养对多个气象要素的响应情况，以便于用户确定各个气象要素对水源涵养变化的重要性，有利于流域水资源合理利用的规划和管理的技术效果。
请参阅图2，在一个可行的实施例中，步骤S3中，所述通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量的步骤，包括：
S301：通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，从所述历年水循环通量数据中获取所述待研究流域历年的流域土壤蓄变量、流域壤中流和流域地下径流。
其中，通过以下公式，可以计算出所述流域土壤蓄变量：
Figure 426329DEST_PATH_IMAGE002
。
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为历年的所述流域土壤蓄变量，运算单位为mm，
Figure 59435DEST_PATH_IMAGE004
为历年的流域降水量，运算单位为mm，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为历年的流域蒸散发量，运算单位为mm，
Figure 924230DEST_PATH_IMAGE006
为历年的流域产水量，运算单位为mm。
通过以下公式，可以计算出所述流域产水量：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
其中，
Figure 402616DEST_PATH_IMAGE008
为历年的流域地表径流，运算单位为mm，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为历年的流域壤中流，运算单位为mm，
Figure 498616DEST_PATH_IMAGE010
为历年的流域地下径流，运算单位为mm。
S302：根据历年的所述流域土壤蓄变量、所述流域壤中流和所述流域地下径流，计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量。
其中，所述步骤S302可以通过以下公式，计算出所述待研究流域的第一水源涵养量：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。
其中，
Figure 725461DEST_PATH_IMAGE012
为历年的所述第一水源涵养量，运算单位为mm，
Figure 923224DEST_PATH_IMAGE003
为历年的所述流域土壤蓄变量，
Figure 470880DEST_PATH_IMAGE009
为历年的所述流域壤中流，运算单位为mm，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为历年的所述流域地下径流，运算单位为mm。
请参阅图3，通过对步骤S301-S302的公式进行转换，可以的得到新的计算所述第一水源涵养量的公式，因此，在一个可行的实施例中，步骤S3中，所述通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量的步骤，包括：
S311、通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，从所述历年水循环通量数据中获取所述待研究流域历年的流域降水量、流域蒸散发量和流域地表径流。
S312、根据历年的所述流域降水量、所述流域蒸散发量和所述流域地表径流，计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量。
具体地，所述步骤S312可以通过以下公式，计算出所述待研究流域的第一水源涵养量：
Figure 421387DEST_PATH_IMAGE014
。
其中，
Figure 396296DEST_PATH_IMAGE012
为历年的所述第一水源涵养量，运算单位为mm，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为历年的所述流域降水量，
Figure 550197DEST_PATH_IMAGE016
为历年的所述流域蒸散发量，运算单位为mm；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为历年的所述流域地表径流，运算单位为mm。
在一个可行的实施例中，步骤S4中，所述对所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，得到所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，将所述相关性系数确定为所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果的步骤，包括：
通过以下公式，计算出所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数：
Figure 339029DEST_PATH_IMAGE018
。
其中，
Figure 425934DEST_PATH_IMAGE019
为所述相关性系数，
Figure 86591DEST_PATH_IMAGE012
为历年的所述第一水源涵养量，运算单位为mm，
Figure 462209DEST_PATH_IMAGE020
为历年的所述第一水源涵养量的平均值，运算单位为mm；
Figure 351667DEST_PATH_IMAGE021
为其中一个所述气象要素的历年气象数据；
Figure 512652DEST_PATH_IMAGE022
为其中一个所述气象要素的历年气象数据的平均值。通过上述公式，可以计算出所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，例如，当
Figure 829364DEST_PATH_IMAGE021
为降水这一气象要素的历年气象数据时，
Figure 675966DEST_PATH_IMAGE022
为降水这一气象要素的历年气象数据的平均值，此时计算得到的
Figure 369116DEST_PATH_IMAGE019
为所述第一水源涵养量与降水这一气象要素的相关性系数。
其中，各个所述气象要素的历年气象数据和各个所述气象要素的历年气象数据的平均值可以根据对应的所述气象要素在对应年份的逐日气象数据得到。
请参阅图4，本申请的一个实施例还提供一种水源涵养对气候变化的响应分析装置，包括：
数据获取模块1，用于获取待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图、逐日气象数据以及逐月径流数据；其中，所述逐日气象数据包括多个气象要素的逐日数据；
水文模型构建模块2，用于根据所述数字高程模型、所述水系图、所述土壤类型图、所述土地利用图和所述逐日气象数据构建所述待研究流域的WEP-L分布式水文模型，并通过所述逐月径流数据对所述WEP-L分布式水文模型进行率定和验证；
第一水源涵养量获取模块3，用于通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量；
变化数据获取模块4，用于获取各个所述气象要素对应的多个预设气象要素变化值，根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素对应的所述多个预设气象要素变化值，得到各个所述气象要素对应的多个变化数据。
气候变化情景生成模块5，用于根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素的多个变化数据，生成多个气候变化情景；其中，各个气候变化情景包括一个所述气象要素的一个所述变化数据以及多个其他所述气象要素的逐日数据；
情景数据获取模块6，用于将各个所述气候变化情景分别输入到所述WEP-L分布式水文模型，得到各个变化情景的流域降水量、流域蒸散发量和流域地表径流；
第二水源涵养量获取模块7，用于根据各个所述变化情景的流域降水量、所述变化情景的流域蒸散发量以及所述变化情景的流域地表径流，计算出所述待研究流域对应各个所述变化情景的第二水源涵养量；
情景分类模块8，用于根据所述变化数据与所述气象要素的对应关系，将所述气候变化情景进行分类，使同一个分类的所述气候变化情景包括的变化数据都对应同一个所述气象要素；
响应分析图生成模块9，用于根据同一个分类的所述气候变化情景对应的所述气象要素的变化数据和第二水源涵养量，以及对应的所述气象要素的逐日数据和所述待研究流域的所述第一水源涵养量，生成水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图；
响应分析模块10，用于对所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，得到所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，将所述相关性系数确定为所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果。
其中，所述待研究流域可以是指一个水洗的干流和支流所流过的整个地区。
数字高程模型（Digital Elevation Model），简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），数字高程模型是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。其中，获取数字高程模型的方法有许多，例如：（1）直接从地面测量,所涉及的仪器有水平导轨、测针、测针架和相对高程测量板等构件，也可以用GPS、全站仪、野外测量等高端仪器；（2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取，如立体坐标仪观测及空三加密法、解析测图、数字摄影测量等等；（3）从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集然后通过内插生成DEM等方法。
水系图是着重表示水系分布的一种地理底图，可以根据航空像片绘制。
土壤类型图是用于反映自然界各种土壤类型及其地理分布的一种缩影图。
土地利用图是表达土地资源的利用现状、地域差异和分类的专题地图，具体地，常采用逐级分类法，如一级分类有都市用地、农业用地、林地、水体、灌木、草地、沼泽、荒地等；二级分类如农业用地中分作物、果园、苗圃等。
逐日气象数据可以通过位于所述待研究流域内或位于所述待研究流域周边的气象站获取，所述逐日气象数据包括降水、平均气温、日照时数、相对湿度、平均风速等多个气象要素。
所述逐月径流数据可以通过位于所述待研究流域内的水文站获取。
WEP-L分布式水文模型是一个地理学数据模型，可以全面考虑降雨和下垫面空间不均匀性，能够充分反映流域内降雨和下垫面要素空间变化对洪水形成的影响。模型能全面地利用降雨的空间分布信息；模型参数的空间分布能够反映下垫面自然条件的空间变化；模型的输出具有空间不均匀性，如蒸散发、土壤水分、径流深等。其主要思路是将流域划分成若干子流域和等高带计算单元，对每个子流域分别输入不同的降雨，根据各等高带计算单元内植被、土壤和高程等情势，对每个等高带计算单元采用不同的产流计算参数分别计算产流量；通过比较相邻等高带计算单元的高程确定各等高带计算单元的流向,根据各等高带计算单元的坡度、糙率和土壤等情况确定参数，将其径流演算到流域出口断面得到流域出口断面的径流过程。模型的参数由地形、地貌数据结合实测历史径流资料率定得到。
水源涵养是指生态系统通过其特有的结构与水相互作用，对降水进行截留、渗透、蓄积，并通过蒸发实现对水流、水循环的调控，而所述第一水源涵养量是指将所述待研究流域的水源涵养参数以量化形式表示。
相对于现有技术，本申请的水源涵养对气候变化的响应分析装置，通过待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图和逐日气象数据构建出所述待研究流域的WEP-L分布式水文模型，再利用逐月径流数据对所述WEP-L分布式水文模型进行率定和验证，从而得到可以准确模拟所述待研究流域的水文模型，并根据所述WEP-L分布式水文模型获得所述待研究流域的第一水源涵养量，然后通过水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图，方便用户根据所述响应分析图对比水源涵养对各个气象要素变化的具体响应关系，例如水源涵养量响应于单个气象要素变化具体是表现为正响应还是负响应及其响应程度，其中，正响应表示水源涵养量响应于单个气象要素的参数上升而增加，负响应表示水源涵养量响应于单个气象要素的参数上升而减少。而且还将所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，以得到所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果。从而实现量化评估水源涵养对多个气象要素的响应情况，以便于用户确定各个气象要素对水源涵养变化的重要性，有利于流域水资源合理利用的规划和管理的技术效果。
在一个可行的实施例中，第一水源涵养量获取模块，用于通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量时，执行以下内容：
通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，从所述历年水循环通量数据中获取所述待研究流域历年的流域土壤蓄变量、流域壤中流和流域地下径流。
其中，通过以下公式，可以计算出所述流域土壤蓄变量：
Figure 430613DEST_PATH_IMAGE002
。
其中，
Figure 183805DEST_PATH_IMAGE003
为历年的所述流域土壤蓄变量，
Figure 812976DEST_PATH_IMAGE004
为历年的流域降水量，
Figure 44237DEST_PATH_IMAGE005
为历年的流域蒸散发量，
Figure 694662DEST_PATH_IMAGE006
为历年的流域产水量。
通过以下公式，可以计算出所述流域产水量：
Figure 618755DEST_PATH_IMAGE007
。
其中，
Figure 236687DEST_PATH_IMAGE008
为历年的流域地表径流，
Figure 474902DEST_PATH_IMAGE009
为历年的流域壤中流，
Figure 979832DEST_PATH_IMAGE023
为历年的流域地下径流。
根据历年的所述流域土壤蓄变量、所述流域壤中流和所述流域地下径流，计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量。
其中，所述步骤S302可以通过以下公式，计算出所述待研究流域的第一水源涵养量：
Figure 825560DEST_PATH_IMAGE011
。
其中，
Figure 947100DEST_PATH_IMAGE012
为历年的所述第一水源涵养量，
Figure 520163DEST_PATH_IMAGE003
为历年的所述流域土壤蓄变量，
Figure 145180DEST_PATH_IMAGE009
为历年的所述流域壤中流，
Figure 863606DEST_PATH_IMAGE010
为历年的所述流域地下径流。
在一个可行的实施例中，第一水源涵养量获取模块，用于通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量时，还可以执行以下内容：
通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，从所述历年水循环通量数据中获取所述待研究流域历年的流域降水量、流域蒸散发量和流域地表径流。
根据历年的所述流域降水量、所述流域蒸散发量和所述流域地表径流，计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量。
具体地，所述步骤S312可以通过以下公式，计算出所述待研究流域的第一水源涵养量：
Figure 941283DEST_PATH_IMAGE014
。
其中，
Figure 583617DEST_PATH_IMAGE012
为历年的所述第一水源涵养量，
Figure 82381DEST_PATH_IMAGE004
为历年的所述流域降水量，
Figure 519179DEST_PATH_IMAGE005
为历年的所述流域蒸散发量；
Figure 84153DEST_PATH_IMAGE008
为历年的所述流域地表径流。
在一个可行的实施例中，步骤S4中，所述对所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，得到所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，将所述相关性系数确定为所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果的步骤，包括：
通过以下公式，计算出所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数：
Figure 999019DEST_PATH_IMAGE024
。
其中，
Figure 51157DEST_PATH_IMAGE025
为所述相关性系数，
Figure 924435DEST_PATH_IMAGE012
为历年的所述第一水源涵养量，
Figure 976705DEST_PATH_IMAGE026
为历年的所述第一水源涵养量的平均值；
Figure 649257DEST_PATH_IMAGE027
为其中一个所述气象要素的历年气象数据；
Figure 103372DEST_PATH_IMAGE022
为其中一个所述气象要素的历年气象数据的平均值。通过上述公式，可以计算出所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，例如，当
Figure 147552DEST_PATH_IMAGE027
为降水这一气象要素的历年气象数据时，
Figure 936385DEST_PATH_IMAGE022
为降水这一气象要素的历年气象数据的平均值，此时计算得到的
Figure 458633DEST_PATH_IMAGE025
为所述第一水源涵养量与降水这一气象要素的相关性系数。
本申请的一个实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法的步骤。
本申请的一个实施例还提供一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法的步骤。

Claims (9)

1.一种水源涵养对气候变化的响应分析方法，其特征在于，包括：
获取待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图、逐日气象数据以及逐月径流数据；其中，所述逐日气象数据包括多个气象要素的逐日数据；
根据所述数字高程模型、所述水系图、所述土壤类型图、所述土地利用图和所述逐日气象数据构建所述待研究流域的WEP-L分布式水文模型，并通过所述逐月径流数据对所述WEP-L分布式水文模型进行率定和验证；
通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量；
获取各个所述气象要素对应的多个预设气象要素变化值，根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素对应的所述多个预设气象要素变化值，得到各个所述气象要素对应的多个变化数据；
根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素的多个变化数据，生成多个气候变化情景；其中，各个气候变化情景包括一个所述气象要素的一个所述变化数据以及多个其他所述气象要素的逐日数据；
将各个所述气候变化情景分别输入到所述WEP-L分布式水文模型，得到各个变化情景的流域降水量、流域蒸散发量和流域地表径流；
根据各个所述变化情景的流域降水量、所述变化情景的流域蒸散发量以及所述变化情景的流域地表径流，计算出所述待研究流域对应各个所述变化情景的第二水源涵养量；
根据所述变化数据与所述气象要素的对应关系，将所述气候变化情景进行分类，使同一个分类的所述气候变化情景包括的变化数据都对应同一个所述气象要素；
根据同一个分类的所述气候变化情景对应的所述气象要素的变化数据和第二水源涵养量，以及对应的所述气象要素的逐日数据和所述待研究流域的所述第一水源涵养量，生成水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图；
对所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，得到所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，将所述相关性系数确定为所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果。
2.根据权利要求1所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法，其特征在于，所述对所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，得到所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，将所述相关性系数确定为所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果的步骤，包括：
通过以下公式，计算出所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数：
Figure 760250DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 68871DEST_PATH_IMAGE002
为所述相关性系数，
Figure 972368DEST_PATH_IMAGE003
为历年的所述第一水源涵养量，
Figure 733650DEST_PATH_IMAGE004
为历年的所述第一水源涵养量的平均值；
Figure 59589DEST_PATH_IMAGE005
为其中一个所述气象要素的历年气象数据；
Figure 471985DEST_PATH_IMAGE006
为其中一个所述气象要素的历年气象数据的平均值。
3.根据权利要求1所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法，其特征在于，所述通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量的步骤，包括：
通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，从所述历年水循环通量数据中获取所述待研究流域历年的流域降水量、流域蒸散发量和流域地表径流；
根据历年的所述流域降水量、所述流域蒸散发量和所述流域地表径流，计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量。
4.根据权利要求3所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法，其特征在于，所述根据历年的所述流域降水量、所述流域蒸散发量和所述流域地表径流，计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量的步骤，包括：
通过以下公式，计算出所述待研究流域的第一水源涵养量：
Figure 592388DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 106546DEST_PATH_IMAGE003
为历年的所述第一水源涵养量，
Figure 970597DEST_PATH_IMAGE008
为历年的所述流域降水量，
Figure 7472DEST_PATH_IMAGE009
为历年的所述流域蒸散发量；
Figure 564356DEST_PATH_IMAGE010
为历年的所述流域地表径流。
5.根据权利要求1所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法，其特征在于，所述通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量的步骤，包括：
通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，从所述历年水循环通量数据中获取所述待研究流域历年的流域土壤蓄变量、流域壤中流和流域地下径流；
根据历年的所述流域土壤蓄变量、所述流域壤中流和所述流域地下径流，计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量。
6.根据权利要求5所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法，其特征在于，所述根据历年的所述流域土壤蓄变量、所述流域壤中流和所述流域地下径流，计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量的步骤，包括：
通过以下公式，计算出所述待研究流域的第一水源涵养量：
Figure 300231DEST_PATH_IMAGE011
；
其中，
Figure 967972DEST_PATH_IMAGE003
为历年的所述第一水源涵养量，
Figure 89381DEST_PATH_IMAGE012
为历年的所述流域土壤蓄变量，
Figure 20428DEST_PATH_IMAGE013
为历年的所述流域壤中流，
Figure 243599DEST_PATH_IMAGE014
为历年的所述流域地下径流。
7.一种水源涵养对气候变化的响应分析装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取待研究流域的数字高程模型、水系图、土壤类型图、土地利用图、逐日气象数据以及逐月径流数据；其中，所述逐日气象数据包括多个气象要素的逐日数据；
水文模型构建模块，用于根据所述数字高程模型、所述水系图、所述土壤类型图、所述土地利用图和所述逐日气象数据构建所述待研究流域的WEP-L分布式水文模型，并通过所述逐月径流数据对所述WEP-L分布式水文模型进行率定和验证；
第一水源涵养量获取模块，用于通过所述WEP-L分布式水文模型开展所述待研究流域的历年水循环模拟，得到所述待研究流域的历年水循环通量数据，并根据所述历年水循环通量数据计算出所述待研究流域历年的第一水源涵养量；
变化数据获取模块，用于获取各个所述气象要素对应的多个预设气象要素变化值，根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素对应的所述多个预设气象要素变化值，得到各个所述气象要素对应的多个变化数据；
气候变化情景生成模块，用于根据各个所述气象要素的逐日数据和各个所述气象要素的多个变化数据，生成多个气候变化情景；其中，各个气候变化情景包括一个所述气象要素的一个所述变化数据以及多个其他所述气象要素的逐日数据；
情景数据获取模块，用于将各个所述气候变化情景分别输入到所述WEP-L分布式水文模型，得到各个变化情景的流域降水量、流域蒸散发量和流域地表径流；
第二水源涵养量获取模块，用于根据各个所述变化情景的流域降水量、所述变化情景的流域蒸散发量以及所述变化情景的流域地表径流，计算出所述待研究流域对应各个所述变化情景的第二水源涵养量；
情景分类模块，用于根据所述变化数据与所述气象要素的对应关系，将所述气候变化情景进行分类，使同一个分类的所述气候变化情景包括的变化数据都对应同一个所述气象要素；
响应分析图生成模块，用于根据同一个分类的所述气候变化情景对应的所述气象要素的变化数据和第二水源涵养量，以及对应的所述气象要素的逐日数据和所述待研究流域的所述第一水源涵养量，生成水源涵养的相对变化量与对应的所述气象要素的响应分析图；
响应分析模块，用于对所述第一水源涵养量与各个所述气象要素进行皮尔逊相关性分析，得到所述第一水源涵养量与各个所述气象要素的相关性系数，将所述相关性系数确定为所述水源涵养对各个所述气象要素的响应分析结果。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法的步骤。
9.一种计算机设备，其特征在于：包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的水源涵养对气候变化的响应分析方法的步骤。
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