[发明专利]计算机气象软件中基于位势高度数据的槽线自动绘制方法

说明书

本发明公开了计算机气象软件中基于位势高度数据的槽线自动绘制方法，可以实现天气图中气象槽线的自动提取绘制，包括以下步骤：曲率值计算：计算各网格点经向和纬向上的地转风速，并由此计算得到网格点处地转风的风向角度，在风速方向上对地转风风向角度求导得到曲率值。槽点追踪：提取局部曲率极小值作为槽线追踪起点，由槽线追踪起点开始，根据各网格点的曲率值较小邻接点的数量等约束条件对槽点进行追踪和连接，得到原始槽线。原始槽线处理：对提取出的原始槽线进行噪声剔除，平滑处理，生成满足气象业务需求的槽线。

技术领域

本发明涉及计算机气象软件中基于位势高度数据的槽线自动绘制方法。

背景技术

中高层大气的研究内容主要包括等高线、等温线、湿度场、槽线和切变线以及温度平流和湿度平流。其中等高线，等温线等各种等值线的分析及绘制已经基本能够依靠计算机自动实现。但是目前高空槽线的分析主要依靠人工实现，一方面，人工分析绘制的工作量较大，效率较为低下；另一方面，槽线的分析中预报员主观上分析经验的不同，客观上侧重依据的差异，都会对槽线的分析结果产生影响，不利于改进提高及推广应用。

目前，常见的槽线自动提取分析主要集中在地形数据中山脊山谷线的提取和指纹图形数据的槽线提取两方面，这些算法都是针对相关领域特点提出的，该类提取算法与气象槽线的分析存在着较大差异，并不能完全适用于气象槽线的分析。

因此，建立一个稳定、准确的系统来实现气象槽线的自动绘制，对于实现天气图自动分析、提高工作效率具有重要的理论研究意义和实际应用价值。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供了计算机气象软件中基于位势高度数据的槽线自动绘制方法，具体包括如下步骤：

步骤1，计算曲率值：根据位势高度网格数据计算各网格点纬向和经向上的地转风风速，由风速计算结果得到地转风风向角度，并映射到角度坐标系中，在网格点风速方向上对地转风风向角度求导得到网格点的曲率值，该曲率值可视为过该网格点的位势高度等值线在该点处的曲率值，最后计算各网格点的曲率值较小邻接点的数量；

步骤2，槽点追踪：提取局部曲率极小值所在的网格点作为槽线追踪起点，从追踪起点开始，根据各网格点的曲率值较小邻接点的数量和追踪方向等约束条件，先沿曲率值较大的方向进行槽点的追踪和连接，当该方向追踪结束后，由槽线追踪起点开始对另一个曲率值较大的方向进行槽点的追踪和连接，得到原始槽线；

步骤3，处理原始槽线：对步骤2追踪得到的原始槽线，进行噪声剔除和平滑处理，最终生成满足气象业务需求的槽线；

步骤4，根据步骤3的结果，自动提取绘制位势高度场的槽线并显示在计算机屏幕上。

本发明步骤1包括以下步骤：

步骤1-1，计算纬向和经向上的地转风风速：在位势高度场网格数据中，在经向即垂直方向上对位势高度值求偏导，计算得到纬向上的地转风风速；在纬向即水平方向上对位势高度值求偏导，计算得到经向上的地转风风速；

步骤1-2，计算地转风风向角度：遍历位势高度场网格数据，根据纬向和经向上的地转风风速计算得到各网格点的地转风风向角度，映射到角度坐标系中；

步骤1-3，计算网格点的曲率值：利用双线性插值法得到网格点地转风风向上距离处一网格点的风向，其中L为网格点距，在网格点的地转风方向上对地转风风向角度求偏导得到该网格点的曲率值；

步骤1-4，计算得到各网格点的曲率值较小邻接点的数量：遍历位势高度场网格数据中的网格点，比较该点与其周围八个邻接点的曲率值，得到每个网格点的曲率值较小邻接点数量。

本发明步骤1-1包括以下步骤：

步骤1-1-1，通过如下公式计算科里奥利参数：