[發明專利]一種氣團停留時長計算方法

有效

• 申請號: 201710652229.7
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107516007B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 蒲維維;石雪峰;關見朝;曹文洪;方春明;毛繼新;溫州;宋平;錢湛;劉卉芳;王大宇;張磊;劉建剛;郭佳樂;曹越;樂茂華;馬子普
• 申請（專利權）人: 京津冀環境氣象預報預警中心;中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G01W1/00
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發明公開了一種氣團停留時長計算方法，包括：將氣團的空間坐標投影至平面，再以氣團的中心為原點對平面進行等分，獲得等分后的若干區域；將氣團軌跡線上每個軌跡點的坐標轉換為相對于原點的極坐標，繼而確定各軌跡點所處的區域；根據軌跡點時序，判斷時序相鄰的兩軌跡點是否在同一區域內；若否，則通過插值算法計算氣團運行過程在各區域的停留時間；若是，則根據時序相鄰的兩軌跡點的讀取間隔時間計算相應區域內氣團軌跡停留時間。該方法，計算耗時短，可顯著提高氣團運行過程評估效率。

技術領域

本發明涉及大氣氣團輸送領域，尤其涉及一種氣團停留時長計算方法。

背景技術

氣團后向軌跡分析是指根據氣團在一定時間內的運動路徑來分析氣團的來源和傳輸途徑的一種方法，現已被廣泛應用于研究區域性空氣污染問題。通過分析氣團的后向軌跡，可以對氣團到達某地之前的途經區域有定性的了解和認識，從而判斷空氣污染物的潛在來源；同時通過結合對氣團途徑區域停留時間的估算，為周邊區域或長距離氣團輸送對本地空氣污染的貢獻提供評估依據。目前被廣泛應用的氣團后向軌跡分析方法主要有三種，潛在源貢獻算法PSCF(Potential Source Contribution Function Analysis)、濃度權重軌跡法CWT(Concentration Weighted Field)以及軌跡扇區分析法TSA(TrajectorySector Analysis)，這三種方法均需要對氣團軌跡的停留時間進行計算。

2009年趙恒等人發表的《利用后向軌跡模式研究TRACE-P期間香港大氣污染物的來源》中提到了對氣團軌跡滯留時間場(RTF(x,y))(Residence-time Field)的確定具體計算方法如下：

先將水平空間網格化，把計算區域分成以經緯度為單位的水平網格，如1°×1°，然后針對所有待統計的氣團軌跡，統計每個網格內的軌跡出現次數，乘以氣團軌跡的時序步長作為氣團在該網格的停留時間。當風速較大時，氣團單位運動時間內(一般以小時為單位)可能橫跨好幾個網格，若采用每小時的軌跡位置進行統計，則會造成途經網格并沒有被統計進來。為減少此類誤差，將通過縮小網格尺度或縮短氣團軌跡的時序步長的方法來改善。如將網格劃分為0.5°×0.5°，或將軌跡時序步長由原來的1小時進行線性插值變為0.1小時。

然而，上述方案的缺點在于：以統計氣團軌跡坐標途經計算網格次數的形式計算氣團在某區域的停留時間，對計算區域網格劃分的精度要求很高，顯然，網格劃分越細，對氣團停留時間的確定就越精確，但同時該方法也顯著增大了計算量。且在實際氣團后向軌跡的統計中，單一氣團軌跡并不具有代表性，為避免計算結果受單條軌跡的誤差影響，通常都會采用大量的軌跡信息來對氣團的傳輸進行研究，但這將造成所需處理的數據量急劇增大，使得以加密計算網格或減小時間步長的形式提高計算精度的方法具有局限性。

發明內容

本發明的目的是提供一種氣團停留時長計算方法，計算耗時短，可顯著提高氣團運行過程評估效率。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種氣團停留時長計算方法，包括：

將氣團的空間坐標投影至平面，再以氣團中心在0時刻的停駐點為原點對平面進行等分，獲得等分后的若干區域；

將氣團軌跡線上每個軌跡點的坐標轉換為相對于原點的極坐標，繼而確定各軌跡點所處的區域；

自原點開始，根據軌跡點后向時序，依次判斷時序相鄰的兩軌跡點是否在同一區域內；

若否，則通過插值算法計算氣團運行過程在各區域的停留時間；若是，則根據時序相鄰的兩軌跡點的讀取間隔時間計算相應區域內氣團軌跡停留時間。

所述將氣團的空間坐標投影至平面，再以氣團中心在0時刻的停駐點為原點對平面進行等分，獲得等分后的若干區域包括：