一种计算机气象软件中基于风场数据的槽线自动绘制方法_3

文档序号:9235600阅读:来源:国知局
踪两类 候选槽点,分别得到槽线分析结果为点列PList郝PListE,即单条长波槽。
[0149] 步骤1-1包括W下步骤:
[0150] 步骤1-1-1,查找特征点;遍历风场网格数据,在每一个3*3网格中屯、查找局部风 速最小点,选取对称位置上风向相反的点作为特征点;
[0151] 步骤1-1-2,筛选逆向环流中屯、;构建化cobian矩阵,求矩阵特征值,通过特征值 判断特征点类型,筛选出所需逆向环流中屯、。
[0152] 步骤1-1-1包括W下步骤:
[0153] 步骤1-1-1-1,查找局部风速最小点;从风场网格数据左上角开始选取一个网格 数据3*3点阵,寻找局部风速最小点,该点阵形式如下表所示:
[0154]
[01巧]每个方格代表风场中的一个网格点,Vii,Vi2, ... V33代表在各自网格点的风速大 小,由下式计算:
[0156]
[0157] 其中,ii、jj分别为网格点行、列坐标索引,ii、jj取值范围1~3,Uu,Vy分别为 网格点坐标处的风速水平分量与垂直分量。在该点阵中,如果中屯、点V22的值比它 周围的8个点处的值都小,则判别该点为局部风速最小点,并将其作为一个特征点候选点; [015引步骤1-1-1-2,结合风向判断;对于满足步骤的特征点候选点,判断关于 该特征点候选点成中屯、对称的网格点上的风速方向是否相反,即在该3*3矢量点阵中,是 否满足W下条件:
[0巧引 UiiXU33< 0 且 V "XV33< 0,
[0160] 或
[0161] UnXUw< 0 且 VnXvw< 0,
[0162] 如满足,该候选点即为特征点,否则判定不是特征点;
[0163] 步骤1-1-1-3,按行列顺序坐标增1对风场网格数据所有3*3点阵,重复步骤 ~1-1-1-2直到最后一个网格结束;
[0164] 步骤1-1-2包括W下步骤:
[0165] 步骤 1-1-2-1,求解 Jacobian 矩阵 J ;
[0166]
[0167] 其中U, V分别为某一点处风速水平分量与垂直分量,分别表不该点风速水 平分量U在水平与垂直方向上的偏导;分别表示该点风速垂直分量V在水平与垂直 0Xoy 方向上的偏导。
[016引对于矩阵中非边界数据点,即下标大于1,行标小于矩阵行数,列表小于矩阵列数 的网格点,坐标索引为(i,j)的网格点处偏导用下式表示:
[0177] 步骤1-1-2-2,求解特征值;采用下式求解坐标索引为(i,j)的网格点处化cobian 矩阵Ju;
[0181] 得到该点的化cobian矩阵的特征值,即A的两个解,记为A。入2;
[0182] 步骤1-1-2-3,判断特征点类型:根据矢量拓扑结构特性,提取其中吸引旋转点和 旋转点两种拓扑结构即为逆向环流中屯、,其特征形式如图13所示:
[0183] 通过步骤1-1-2-1计算得到的特征值A1,A2,其中入1对应的实部与虚部分别为 Ri,Ii,入2对应实部和虚部分别为R2, 12,当Ri< 0,R2< 0 ;11声0,12声0时,判定特征点为 吸引旋转点;当Ri= 0,R2= 0 ;11声0,12声0时,判定特征点为旋转点;
[0184] 步骤1-1-2-4,对于每一个特征点,重复步骤1-1-2-1~1-1-2-3直到最后一个特 征点,得到逆向环流中屯、点集合。
[0185] 步骤1-2包括W下步骤:
[0186] 步骤1-2-1,计算风矢方向:在风场网格数据中,建立如图14所示的弧度坐标系, 北风弧度为9东°,东风的弧度为180°,南风弧度为270°。通过风矢水平、垂直两个方向 上的分量求得每一个网格点处风矢的方向。
[0187] 风场网格数据的网格尺寸为Row*Col,Pu表示坐标索引为(ij)的网格点,Pi,j. X 为P。点处X方向上的几何坐标,P Y为P。点处Y方向上的几何坐标,P U处风矢方向为 a U,分别计算一个由四个相邻网格点组成的网格中各点处弧度,即在图15所示网格中,计 算]\^.、]\^.+1、口1+1^、口1+1^+1处的方向为。1^、曰1^+1、。1+1^、。1+1^+1;
[0188] 步骤1-2-2,判断aU与aU4角度范围:若au<90。且270° <aU4 < 360°,则Pu、Pi,w两点间存在候选槽点WP,候选槽点WP在X方向上、Y方向上的几何 坐标WP. X和WP. Y分别为;
[0189]
[0190] WP. Y=Pi,j. Y ;
[01W] 步骤1-2-3,判断a u与a wj角度范围:若180° < a u< 270 °且270 ° <曰360°,那么P u、Pw,两点间存在候选槽点EP,候选槽点EP在X方向上、Y方 向上的几何坐标EP. X和EP. Y分别为;
[0192] EI\X=Pu. X,
[0193]
[0194] 步骤1-2-4,遍历风场网格中所有网格点数据,重复步骤1-2-1~1-2-3筛选候选 长波槽点直到最后一个网格,得到候选槽点集合。
[0195] 步骤1-3包括W下步骤:
[0196] 步骤1-3-1,选择追踪起点:从逆向环流中屯、集合中按序任意选取一个点作为长 波槽追踪起点StartP,当追踪方向Direction = 270°时,设候选槽点集合S = S",点列 PList二化istw;当追踪方向Direction = 180°,设候选槽点集合S = S E,点列PList = PListg;
[0197] 步骤1-3-2,筛选候选长波槽点;通过距离、方向筛选选取符合条件的候选槽点:
[0198] 步骤1-3-2-1,距离筛选;遍历候选槽点集合S,通过距离阔值化re化对其进行筛 选,设水平相邻网格点间距为disAdjacent,网格点间距是经绅度上网格点风矢对应到绘制 几何坐标系中两个水平相邻网格点间的几何距离,由绘制风矢时选取的距离决定。化re化 应为3*disAdjacent~5*disAdjacent之间。点Pk为S集合中第k点,点P k与追踪起点 StartP距离为Lk,若Lk< ^re化,将P k加入筛选后候选槽点集合S1中,否则舍弃,若不存 在满足Lk< ^re化的点,返回执行步骤1-3-1 ;
[0199] 步骤1-3-2-2,方向筛选;遍历候选槽点集合S1,点Pm为候选槽点集合S1中第m 点,点Pm与追踪起点StartP构成的直线与追踪方向Direction夹角为丫m,
[0200] 为了保证槽线是向正确的方向延伸,同时保证槽线平滑特性,候选槽点与追踪方 向构成的弧度必须满足弧度偏转的要求。如图16所示,若槽线已探索延伸至点Pi,追踪方 向为AB,下一个可能在槽线上的关键点应在WAB为轴一定大小的张角范围内。那么左侧存 在一个可偏转的弧度,其阔值设定为awt,右侧存在一个可偏转弧度阔值,其阔值设定为 曰right,设置aieft=3〇。,adght=3〇。。槽线的追踪设置在上述规定角度范围内。
[0201] 将满足上述条件且丫m<^red丫的Pm加入筛选后的候选槽点集合S2,若不存在 满足上述条件的点,返回步骤1-3-1 ;
[020引步骤1-3-3,通过评估方程确定下一候选点;设置评估方程Evaluation(L,a)对 每一个符合条件的候选槽点进行评价:
[0203]
[0204] 其中,L为候选槽点与已延伸槽线上最后一点的距离,afield为候选槽点与最后一 点构成线段与追踪方向的夹角,afiwd为使得槽线追踪向着需要的方向偏转的固定偏转量, Wei曲tsA和Wei曲tsB分别为距离判断和弧度偏转判断权值,该两个权值的设定是对距离 和弧度偏转两个要素的重要性进行权衡,取值范围均为0~1。遍历候选槽点集合S2,查找 使得Evaluation(L,afield)最大的点Pwext,将点Pn?加入点列PList;
[0205] 步骤1-3-4,重确定追踪起点、追踪方向;求取追踪起点StartP与下一个点Pwert在 坐标系中角度S,设置追踪方向Direction= 5 +afiwd,将追踪起点StartP设置为Pwert;
[0206] 步骤1-3-5,按序遍历逆向环流中屯、集合,重复步骤1-3-2、1-3-3、1-3-4直到最后 一个逆向环流中屯、点。
[0207] 步骤2包括W下步骤:
[020引步骤2-1,标记长波槽区域:由步骤1得到组成长波槽的点列,对该些点周围 一定范围进行标记,该范围距离应该保证在4*disAdjacent~6*disAdjacent之间, disAdjacent由步骤1-3-2-1得到。得到标记的区域M;如图17所示,0A、0B是长波槽分析 结果,标记Ai0iBi与A2O2B2之间的区域;
[0209] 步骤2-2,筛选候选短波槽点;从风场网格数据中按角度偏转和祸度筛选阔值查 找大于阔值的点,即风切变较大的候选短波槽点;
[0210] 步骤2-2-1,筛选偏转角度;对风场网格数据中的每一个网格点,分别在水平和垂 直两个方向上求取相邻网格点风矢的方向偏转大小;
[0211] 步骤 2-2-1-1,求取角度偏转量;Angle_horizons,t、Angle_ve;rticals,t分别为网格 点(s,t)处水平与垂直方向上的角度偏转,则;
[021引Angle-horizorist二as,t_as,t+i,
[021 引 Angle_verticals,t二as,t_as+i,t,
[0214] 若Angle_horizons,t< 0,设置Angle-horizons,t= -Angle-horizons,t;
[021 引 若Angle_verticals,t< 0,设置Angle_verticals,t二-Angle_verticals,t;
[021 引 若Angle_verticals,t> 180。,设置Angle_verticals,t二 360。-Angle_vertical曰,t;
[0217]若Angle_horizons,t> 180。,设置Angle_horizons,t二 360。-Angle_horizon曰,t;
[021引步骤2-2-1-2,完成步骤2-2-1-1角度偏转计算后,计算偏转量的筛选阔值AngleThred;
[0219]
[0220] 其中0为可调整权值,取值范围为0~5 ;
[022U 步骤2-2-1-3,遍历所有网格点,若Angle_vertical,,t> AngleT虹ed,则将网格中 第S行、第t列点与第S行、第t+1列点之间中点标记为候选槽点,加入候选短波槽点集合 01;若Angle_horizon ,,t> AngleT虹ed,则将网格中第S行、第t列点与第S+1行、第t列点 之间中点标记为候选槽点,加入候选短波槽点集合01;
[0222] 步骤2-2-2,筛选祸度;遍历风场网
当前第3页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1