临近空间大气虚拟环境资源的构建方法与流程

技术特征：

1.临近空间大气虚拟环境资源的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取临近空间大气环境资源的历史数据，包括经度、纬度、高度数据以及其对应的温度数据；

步骤2、对经度、纬度、高度和温度数据中的异常数据进行处理；

步骤3、将每个事件获取的高度数据进行归一化：针对每个事件对应的高度，先对每个事件中的高度数据进行四舍五入取整；然后以κ千米为间隔进行分层，将相同的高度值视为同一层的高度层，如果一个高度层内存在多个温度数据，取多个温度数据的均值作为最终该事件中该高度层的温度值；

步骤4、坐标转换：将经纬度坐标转换为直角坐标；

步骤5、获取每个事件的空间范围：取坐标转换后每个事件中经纬度的起点最小值和终点最大值，画出单个事件的区域范围和每个高度层所有事件表示的区域范围；

步骤6、构建每个高度层的二维数组：以经度和纬度作为维度，并将其归一化为κ′千米间隔，构建每个高度层的温度二维数组；各个事件表示的区域范围有重叠部分，在构建二维数组时，重叠部分的温度值通过求两个事件温度均值作为该区域的温度值，没有重叠则存入原温度值；

步骤7、二维平滑处理：对每个二维数组进行2D平滑处理；

步骤8、构建本年本月温度的三维数组：高度从20km开始，100km结束，针对以κ千米为递增间隔的高度层，逐层将平滑处理后的温度二维数组写入，最终得到以经度、纬度和高度为维度的三维数组；

步骤9、按照步骤1至步骤8将若干年内同时期的温度数据进行构建并取平均值，建立可靠的三维数组的立方网格，作为虚拟试验中该月份的临近空间温度数据资源；

步骤10、根据步骤1至步骤9对密度、压强进行相同的处理，得到密度和压强的三维数组的立方体网格；

步骤11、将已构建好的包括温度、密度、压强在内的数据写入文本文件T；

步骤12D、然后从写入数据的文本文件T中读取大气环境数据，根据SEDRIS的DRM、SRM和EDCS三个规范对数据进行表示，并将大气环境数据保存为SEDRIS标准格式。

2.根据权利要求1所述的临近空间大气虚拟环境资源的构建方法，其特征在于，还包括大气水平风场的构建过程，具体过程如下：

步骤12A、根据纬度范围，确定相应的大气水平风场计算公式：

(一)在纬度范围为15°～80°范围内，根据式(1)计算地转风：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_g=-\frac{1}{f\mathrm{\ρ}}\frac{\∂P}{\∂y}\\ v_g=\frac{1}{f\mathrm{\ρ}}\frac{\∂P}{\∂x}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，P为气压，ρ为大气密度；称为地转参数，Ω为地转角速度，为地理纬度；x为向东的距离，y为向北的距离；u_g、v_g分别为15°～80°范围内水平纬向、经向地转风；

再根据公式(2)计算梯度风：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{gr}=-M+{(M^2+2{\mathrm{Mu}}_g)}^{\frac{1}{2}}\\ v_{gr}=\frac{2{\mathrm{Mv}}_g}{u_{gr}+2M}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，a为地球半径；u_gr、v_gr分别为水平纬向、经向梯度风；

(二)在纬度范围为15°S～15°N范围内，根据公式(3)计算梯度风：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_e=-\frac{a}{2\mathrm{\Ω}}(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^2}\frac{\∂\mathrm{\ρ}}{\∂y}\frac{\∂P}{\∂y}-\frac{{\∂}^{2}P}{\∂y^2})\\ v_e=\frac{a}{2\mathrm{\Ω}}(-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^2}\frac{\∂\mathrm{\ρ}}{\∂y}\frac{\∂P}{\∂x}+\frac{1}{\mathrm{\ρ}}\frac{\∂}{\∂y}(\frac{\∂P}{\∂x}))\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，u_e、v_e分别为15°S～15°N内水平纬向、经向梯度风；

步骤12B、构建大气水平风场的三维数组的均匀立方体网格：将之前构建的该区域范围的密度和压强三维数组代入风场计算公式，得到对应位置的地转风和梯度风三维数组的均匀立方体网格，由此生成该区域临近空间大气水平风场资源；

步骤12C、将已构建好的风场数据写入所述的文本文件T。

3.根据权利要求1或2所述的临近空间大气虚拟环境资源的构建方法，其特征在于，步骤2所述的对经度、纬度、高度和温度数据中的异常数据进行处理的具体过程如下：

针对每个事件中经度、纬度、高度和温度数据，获取数据的原始平均分辨率，然后剔除异常数据，并将异常数据的前一个数据作为基础，在此基础上添加利用分辨率进行递推得到。

4.根据权利要求3所述的临近空间大气虚拟环境资源的构建方法，其特征在于，步骤4所述坐标转换的具体过程如下：

最终建立的坐标系的网格是以距离为单位的，因此根据Matlab2014a中的坐标投影系统，将每个事件中获取的经纬度数据转换为直角坐标下的距离数据，并就近取整。

5.根据权利要求4所述的临近空间大气虚拟环境资源的构建方法，其特征在于，所述的κ与所述的κ′相等。

6.根据权利要求5所述的临近空间大气虚拟环境资源的构建方法，其特征在于，步骤1中获取临近空间大气环境资源的历史数据的具体过程为：

选择SABER特定空间范围和时间范围对应的临近空间大气环境数据NC文件；读取NC文件，获取临近空间大气环境资源的历史数据。

7.根据权利要求5所述的临近空间大气虚拟环境资源的构建方法，其特征在于，κ＝κ′＝1。

8.根据权利要求7所述的临近空间大气虚拟环境资源的构建方法，其特征在于，步骤1中获取临近空间大气环境资源的历史数据的具体过程为：

选择SABER特定空间范围和时间范围对应的临近空间大气环境数据NC文件；读取NC文件，获取临近空间大气环境资源的历史数据。