[发明专利]动态展示区域空气质量和气象场的方法

说明书

技术领域

本发明涉及区域空气质量展示技术领域，更具体地涉及一种动态展示区域空气质量和气象场的方法。

背景技术

由于大气的流动性，大气中污染物浓度的分布并非孤立的，监测点与监测点之间、城市与城市之间的污染物浓度都存在一定的相互关系。而气象场（主要指风速与风向）则是重要的影响因素之一。因此，耦合气象场的区域空气质量展示可从两个层面来考虑：（一）在直接展示层面（静态），即在同一时间尺度上，同时展示出区域空气质量和风速及风向，且与此同时气象场信息作为影响因素之一纳入到IDW算法中，进行精度更高的空间插值计算；（二）在不同时间尺度上，气象场与该区域空气质量空间分布的多维集成展示（动态），从而可明显观察出同一区域的多个属性变化特征及各属性之间的相互作用。

具体地，现有实现上述耦合气象场的区域空气质量展示的方法包括如下步骤：

S101，对监测点位数据进行区域浓度插值，以获取该区域各污染物的空间分布渲染图；具体地，使用现有的一种空间插值算法，如IDW、Kriging或改进的空间插值算法，对珠三角现有的62个站点监测点位数据进行区域浓度插值，获取该区域内SO₂与PM_2.5的空间分布渲染图；

S102，将风矢量数据在正方形网格点场上作风矢量转化的基础上，从网格点场的每个正方形边上搜寻流线质点，将多个流线质点连接以获得气象场流线；具体地，根据中尺度气象模式MM5模拟珠三角区域气象场（该气象场包括多个正方形网格点），基于流体力学中流线的概念（用来描述流场中某一时刻不同质点流动方向的曲线，揭示了该时刻不同流体质点的运动方向，线上任一点的切线方向与该点在该时刻的速度矢量方向一致），结合其物理连续分布特征，采用一种流线客观分析方法，基于风场格点u/v分量数据直接跟踪绘制流线，即将风矢量数据在正方形网格点场上作风矢量转化的基础上，从网格点场的每个正方形边上搜寻每条流线的流线质点，并将其连接，进一步做平滑处理，最终绘制获得较光滑的流线曲线；

S103，对流体质点进行轨迹跟踪；具体地，要动态展示气象场的时空演变过程，还需要对流体质点在时间域上进行轨迹跟踪；因此，假定每个时间片上的风场为定常场，故有流线与迹线重合，当进入下一个时间片后，以上一个运动轨迹终点作为起始点，跟踪相应时刻的流线，直至流出所关注的区域，便可获得流体质点在时间域和空间域中的运动轨迹；

S104，动态展示区域各污染物的空间分布渲染图及气象场；具体地，上述流线分析方法及质点轨迹跟踪法，虽然为空气质量（污染物空间分布渲染图）和气象场的动态展示提供了计算基础，但是，在时态GIS中实现二者的同步动态展示，还需要解决三维时空数据模型建立、动态可视化及时空过程模拟等关键问题。然而，在现有的实现二者同步动态展示方法中，并未解决三维时空数据模型建立及时空过程模拟等问题。而现有的动态可视化方法仅局限于二维的表达，缺乏时空数据的三维动态可视化。

综上，上述耦合气象场的区域空气质量展示的方法存在以下缺陷：

（一）未将气象场信息作为影响因素之一纳入对监测点位数据进行区域浓度插值算法中，所获取的污染物空间分布渲染图效果欠佳；

（二）上述流线分析方法直接在网格点风矢量场上作流线分析，以获得单个时间片上的风场流线图，其结果并不理想；由于上述方法只考虑了正方形网格点的一个边的两个端点的风矢量，而忽略了正方形另外两个方向的风矢量，且绘制出的流线图密度可能较低，精度不够，缺乏旋转性；

（三）动态展示区域各污染物的空间分布渲染图及气象场时，并未解决三维时空数据模型建立及时空过程模拟等问题，且缺乏时空数据的三维动态可视化。

因此，急需一种改进的动态展示区域空气质量和气象场的方法来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态展示区域空气质量和气象场的方法，以提高流线图绘制的密度及精度，增加风场矢量的旋转性。

为实现上述目的，本发明提供了一种动态展示区域空气质量和气象场的方法，包括：

S1：对监测点位数据进行浓度插值，以获取区域内各种污染物的空间分布渲染图；

S2：采用中尺度气象模式MM5模拟高精度的区域气象场，所述区域气象场包括多个正方形网格点；