[發明專利]動態展示區域空氣質量和氣象場的方法

有效

• 申請號: 201310429292.6
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103472502A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 徐偉嘉;李紅霞;何芳芳;鄭鎮華
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 張艷美;向霞

技術領域

本發明涉及區域空氣質量展示技術領域，更具體地涉及一種動態展示區域空氣質量和氣象場的方法。

背景技術

由于大氣的流動性，大氣中污染物濃度的分布并非孤立的，監測點與監測點之間、城市與城市之間的污染物濃度都存在一定的相互關系。而氣象場（主要指風速與風向）則是重要的影響因素之一。因此，耦合氣象場的區域空氣質量展示可從兩個層面來考慮：（一）在直接展示層面（靜態），即在同一時間尺度上，同時展示出區域空氣質量和風速及風向，且與此同時氣象場信息作為影響因素之一納入到IDW算法中，進行精度更高的空間插值計算；（二）在不同時間尺度上，氣象場與該區域空氣質量空間分布的多維集成展示（動態），從而可明顯觀察出同一區域的多個屬性變化特征及各屬性之間的相互作用。

具體地，現有實現上述耦合氣象場的區域空氣質量展示的方法包括如下步驟：

S101，對監測點位數據進行區域濃度插值，以獲取該區域各污染物的空間分布渲染圖；具體地，使用現有的一種空間插值算法，如IDW、Kriging或改進的空間插值算法，對珠三角現有的62個站點監測點位數據進行區域濃度插值，獲取該區域內SO₂與PM_2.5的空間分布渲染圖；

S102，將風矢量數據在正方形網格點場上作風矢量轉化的基礎上，從網格點場的每個正方形邊上搜尋流線質點，將多個流線質點連接以獲得氣象場流線；具體地，根據中尺度氣象模式MM5模擬珠三角區域氣象場（該氣象場包括多個正方形網格點），基于流體力學中流線的概念（用來描述流場中某一時刻不同質點流動方向的曲線，揭示了該時刻不同流體質點的運動方向，線上任一點的切線方向與該點在該時刻的速度矢量方向一致），結合其物理連續分布特征，采用一種流線客觀分析方法，基于風場格點u/v分量數據直接跟蹤繪制流線，即將風矢量數據在正方形網格點場上作風矢量轉化的基礎上，從網格點場的每個正方形邊上搜尋每條流線的流線質點，并將其連接，進一步做平滑處理，最終繪制獲得較光滑的流線曲線；

S103，對流體質點進行軌跡跟蹤；具體地，要動態展示氣象場的時空演變過程，還需要對流體質點在時間域上進行軌跡跟蹤；因此，假定每個時間片上的風場為定常場，故有流線與跡線重合，當進入下一個時間片后，以上一個運動軌跡終點作為起始點，跟蹤相應時刻的流線，直至流出所關注的區域，便可獲得流體質點在時間域和空間域中的運動軌跡；

S104，動態展示區域各污染物的空間分布渲染圖及氣象場；具體地，上述流線分析方法及質點軌跡跟蹤法，雖然為空氣質量（污染物空間分布渲染圖）和氣象場的動態展示提供了計算基礎，但是，在時態GIS中實現二者的同步動態展示，還需要解決三維時空數據模型建立、動態可視化及時空過程模擬等關鍵問題。然而，在現有的實現二者同步動態展示方法中，并未解決三維時空數據模型建立及時空過程模擬等問題。而現有的動態可視化方法僅局限于二維的表達，缺乏時空數據的三維動態可視化。

綜上，上述耦合氣象場的區域空氣質量展示的方法存在以下缺陷：

（一）未將氣象場信息作為影響因素之一納入對監測點位數據進行區域濃度插值算法中，所獲取的污染物空間分布渲染圖效果欠佳；

（二）上述流線分析方法直接在網格點風矢量場上作流線分析，以獲得單個時間片上的風場流線圖，其結果并不理想；由于上述方法只考慮了正方形網格點的一個邊的兩個端點的風矢量，而忽略了正方形另外兩個方向的風矢量，且繪制出的流線圖密度可能較低，精度不夠，缺乏旋轉性；

（三）動態展示區域各污染物的空間分布渲染圖及氣象場時，并未解決三維時空數據模型建立及時空過程模擬等問題，且缺乏時空數據的三維動態可視化。

因此，急需一種改進的動態展示區域空氣質量和氣象場的方法來克服上述缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種動態展示區域空氣質量和氣象場的方法，以提高流線圖繪制的密度及精度，增加風場矢量的旋轉性。

為實現上述目的，本發明提供了一種動態展示區域空氣質量和氣象場的方法，包括：

S1：對監測點位數據進行濃度插值，以獲取區域內各種污染物的空間分布渲染圖；

S2：采用中尺度氣象模式MM5模擬高精度的區域氣象場，所述區域氣象場包括多個正方形網格點；