求解污染物后向轨迹的方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环境监测技术领域，更具体的涉及一种求解污染物后向轨迹的方法及 其系统。
【背景技术】
[0002] 目前，计算污染物后向轨迹的模型有HYSPLIT，HYSPLIT-4模型是由美国国家海洋 和大气管理局（NOAA)的空气资源实验室和澳大利亚气象局在过去20年间联合研发的一 种用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的专业模型，该模型具有处理多种气象要素 输入场、多种物理过程和不同类型污染物排放源功能的较为完整的输送、扩散和沉降模式， 已经被广泛地应用于多种污染物在各个地区的传输和扩散的研宄中。
[0003] 然而，上述HYSPLIT模型采用的天气数据是111KM*11IKM的数据，这个数据不能很 好的模拟局部气流的运行状态，很有可能由于局部气流的影响而改变污染物的输送轨迹； 同时，HYSPLIT模型计算污染物后向轨迹时对于计算结果缺少修正过程，因此通过HYSPLIT 模型计算污染物后向轨迹时的精度不够。
[0004] 因此，有必要提供一种高精度的求解污染物后向轨迹的方法及其系统来克服上述 缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种求解污染物后向轨迹的方法，该方法采用丽5模式生 成的netCDF文件中的数据来进行后向轨迹的计算，同时对计算结果进行修正，从而提高了 后向轨迹的精确度。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种求解污染物后向轨迹的方法，包括：
[0007] Sl，从MM5模式生成的netCDF文件中获取污染物粒子在初始点的初始速度；
[0008] S2,根据所述初始点的位置坐标和所述初始速度计算预测点的位置坐标，计算公 式为：P'（t+At) =P(t)+V(P，t) *At;
[0009] S3,根据所述初始点和所述预测点的位置坐标对所述预测点进行修正，修正公式 为：P(t+At) =P⑴ +0? 5[V(P，t)+V(P，，t+At) ] *At;
[0010] S4,将所述修正点作为所述初始点重复步骤Sl至步骤S3以获取所述污染物粒子 的多个位置坐标进而得到所述污染物粒子的后向轨迹；
[0011] 其中，p'（t+At)为所述预测点的位置坐标，P(t)为所述初始点的位置坐标，V(P， t)为所述初始速度，At为所述预测点与所述初始点的时间差，P(t+At)为对所述预测点 进行修正后得到的修正点的位置坐标，V(P'，t+At)为所述污染物粒子在所述预测点的运 行速度。
[0012] 与现有技术相比，本发明求解污染物后向轨迹的方法首先从丽5模式生成的 netCDF文件中获取污染物粒子在初始点的初始速度，然后根据初始点的位置坐标和初始 速度计算预测点的位置坐标，再根据初始点和预测点的位置坐标对预测点进行修正以得到 修正点，最后将修正点作为初始点重复上述步骤而得到污染物粒子的多个经修正的位置坐 标，再根据多个修正点的位置坐标进而得到污染物粒子的后向轨迹，由于计算初始速度时 采用的数据来自丽5模式生成的net⑶F文件，而net⑶F文件中存储的为3*3KM网格的数 据，因此该数据能很好的模拟局部气流的运行状态，同时，对计算得到的预测点进行修正并 将修正点作为污染物粒子的位置坐标，计算结果更为精确。
[0013] 较佳地，步骤Sl具体包括：
[0014] 从netCDF文件中读取所述初始点周围四个网格点处的风速；
[0015] 计算四个所述风速的矢量平均值以作为所述初始速度。
[0016] 较佳地，步骤Sl具体包括：
[0017] 从netCDF文件中读取所述初始点周围四个网格点处的风速；
[0018] 根据所述风速以及反距离加权法计算所述初始速度。
[0019] 较佳地，所述"根据所述风速以及反距离加权法计算所述初始速度"的步骤具体包 括：
[0020] 分别计算四个所述网格点到所述初始点的距离：
【主权项】
1. 一种求解污染物后向轨迹的方法，其特征在于，包括： S1，从MM5模式生成的netCDF文件中获取污染物粒子在初始点的初始速度； 52, 根据所述初始点的位置坐标和所述初始速度计算预测点的位置坐标，计算公式为： P，（t+ Δ t) = P (t) +V (P，t) * Δ t ; 53, 根据所述初始点和所述预测点的位置坐标对所述预测点进行修正，修正公式为： P (t+ Δ t) = P ⑴ +0· 5 [V (P，t) +V (P'，t+ Δ t) ] * Δ t ; 54, 将所述修正点作为所述初始点重复步骤Sl至步骤S3以获取所述污染物粒子的多 个位置坐标进而得到所述污染物粒子的后向轨迹； 其中，P'（t+At)为所述预测点的位置坐标，P(t)为所述初始点的位置坐标，V(P，t)为 所述初始速度，At为所述预测点与所述初始点的时间差，P(t+At)为对所述预测点进行 修正后得到的修正点的位置坐标，V(P'，t+At)为所述污染物粒子在所述预测点的运行速 度。
2. 如权利要求1所述的求解污染物后向轨迹的方法，其特征在于，步骤Sl具体包括： 从所述netCDF文件中读取所述初始点周围四个网格点处的风速； 计算四个所述风速的矢量平均值以作为所述初始速度。
3. 如权利要求1所述的求解污染物后向轨迹的方法，其特征在于，步骤Sl具体包括： 从所述netCDF文件中读取所述初始点周围四个网格点处的风速； 根据所述风速以及反距离加权法计算所述初始速度。
4. 如权利要求3所述的求解污染物后向轨迹的方法，其特征在于，所述"根据所述风速 以及反距离加权法计算所述初始速度"的步骤具体包括： 分别计算四个所述网格点到所述初始点的距离：
分别计算四个所述风速对所述初始速度的权重：
根据所述风速以及所述权重计算所述初始速度：
其中，X、y、z表示所述初始点的坐标，xi、yi、zi表示第i个所述网格点的坐标，di表 示第i个所述网格点到所述初始点的距离，Wi表示第i个网格点处的风速对所述初始速度 的权重，V(pi)表示第i个网格点处的风速，V(p)表示初始速度，k为影响所述权重的预设 值。
5. 如权利要求4所述的求解污染物后向轨迹的方法，其特征在于，所述k的取值为2， 所述Δ t的取值满足：Umax* Δ t〈0. 75,其中Umax为所述net⑶F文件中所述风速的绝对值 的最大值。
6. 如权利要求1所述的求解污染物后向轨迹的方法，其特征在于，步骤S4之后还包 括： 55, 将所述后向轨迹显示于GIS地图中。
7. -种求解污染物后向轨迹的系统，其特征在于，包括： 初始速度获取模块，用于从MM5模式生成的netCDF文件中获取污染物粒子在初始点的 初始速度； 预测点位置计算模块，用于根据所述初始点的位置坐标和所述初始速度计算预测点的 位置坐标，计算公式为：P'（t+ Δ t) = P (t) +V (P，t) * Δ t ; 预测点修正模块，用于根据所述初始点和所述预测点的位置坐标对所述预测点进行修 正，修正公式为：P(t+At) = P(t)+0. 5[V(P，t)+V(P'，t+At)]*At ;以及 后向轨迹绘制模块，用于根据获取到的所述污染物粒子的多个位置坐标进而绘制得到 所述污染物粒子的后向轨迹； 其中，P'（t+At)为所述预测点的位置坐标，P(t)为所述初始点的位置坐标，V(P，t)为 所述初始速度，At为所述预测点与所述初始点的时间差，P(t+At)为对所述预测点进行 修正后得到的修正点的位置坐标，V(P'，t+At)为所述污染物粒子在所述预测点的运行速 度。
8. 如权利要求7所述的求解污染物后向轨迹的系统，其特征在于，所述初始速度获取 模块具体包括： 第一风速读取单元，用于从所述netCDF文件中读取所述初始点周围四个网格点处的 风速； 第一初始速度计算单元，用于计算四个所述风速的矢量平均值以作为所述初始速度。
9. 如权利要求8所述的求解污染物后向轨迹的系统，其特征在于，所述初始速度获取 模块具体包括： 第二风速读取单元，用于从所述netCDF文件中读取所述初始点周围四个网格点处的 风速； 距离计算子单元，用于分别计算四个所述网格点到所述初始点的距离：
权重计算子单元，用于分别计算四个所述风速对所述初始速度的权重：
初始速度计算子单元，用于根据所述风速以及所述权重计算所述初始速度：
其中，X、y、z表示所述初始点的坐标，xi、yi、zi表示第i个所述网格点的坐标，di表 示第i个所述网格点到所述初始点的距离，Wi表示第i个网格点处的风速对所述初始速度 的权重，V(pi)表示第i个网格点处的风速，V(p)表示初始速度，k为影响所述权重的预设 值。
10. 如权利要求7至9任一项所述的求解污染物后向轨迹的系统，其特征在于，还包 括： 显示模块，用于将所述后向轨迹显示于GIS地图中。
【专利摘要】本发明公开了一种求解污染物后向轨迹的方法，包括：从MM5模式生成的netCDF文件中获取污染物粒子在初始点的初始速度；根据初始点的位置坐标和初始速度计算预测点的位置坐标；根据初始点和预测点的位置坐标对预测点进行修正以得到修正点；将修正点作为初始点重复上述步骤而得到污染物粒子的多个经修正的位置坐标，根据多个修正点的位置坐标进而得到污染物粒子的后向轨迹；由于计算初始速度时采用的数据来自netCDF文件，而netCDF文件中存储的为3*3KM网格的数据，因此该数据能很好的模拟局部气流的运行状态，同时，对计算得到的预测点进行修正并将修正点作为污染物粒子的位置坐标，计算结果更为精确。本发明同时公开了一种求解污染物后向轨迹的系统。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104680021
【申请号】CN201510106672
【发明人】刘靖伟, 朱德明, 卢志想, 陈群
【申请人】广州旭诚信息科技有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月11日