[发明专利]一种计算机气象软件中基于风场数据的槽线修正方法

说明书

本发明公开了一种计算机气象软件中基于风场数据的槽线修正方法，包括：提取风场特征点：计算各格点的风向偏转角度及涡度，并提取风场特征点；槽线修正类型判别：分别设定槽线补充分析及槽线订正判别区域，根据判别区域中槽线和风场特征点的情况，判别槽线的修正类型；槽线补充分析：根据判别区域中风场特征点的数量，确定补充分析起点，利用最小生成树聚类算法和最小二乘法曲线拟合方法，提取补充点集并完成槽线的补充分析；槽线订正处理：确定槽线订正锚点并建立Laplacian变形框架，通过求解带位置约束的优化方程，获得变形之后各槽点的坐标，将槽点按序连接并进行平滑处理以完成槽线订正。

技术领域

本发明涉及一种计算机气象软件中基于风场数据的槽线修正方法。

背景技术

近年来，由于气象领域中预报要求的不断提高，业务部门需获取大量的观探测数据和数值模拟数据，并进行及时有效的处理，这对准确高效的分析诸多信息并完成预报工作提出极大的挑战。目前锋面、流线等特征曲线的识别绘制已能够依靠计算机自动实现，但由于高空天气系统的复杂性及诸多气象约束条件，槽线自动分析方法发展较为缓慢。

目前已有的槽线自动分析方法，大都基于气压场这一单一数据场分析提取槽线。气象槽线的形成与空气流动及等压面上的位势高低等均有关联，在实际的人工分析槽线过程中，预报员也并不会孤立的考虑单一数据场来提取槽线，而是根据风向切变和等压线走势等要素，综合分析槽线。因此，槽线自动分析的数据来源不能只局限于单一气压场，而应结合风场要素综合分析槽线，否则易导致错、漏分析槽线问题，这实际上是一个多变量数据场综合分析处理问题。

因此，针对基于单一气压场进行槽线自动分析所存在的局限性，通过融合风场要素对自动分析槽线进行修正，对于提高槽线自动分析的准确性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，提供了一种计算机气象软件中基于风场数据的槽线修正方法，具体包括如下步骤：

步骤1，提取风场特征点：获取风场格点数据，根据风场格点数据计算各格点经向和纬向上的风速，由风速计算结果得到各点风向角度，并映射到角度坐标系中，根据风向角度计算各点的纬向、经向风向偏转角度以及其涡度，然后分别设定经向、纬向风向偏转角度阈值和涡度阈值，在风场格点数据中提取风场特征点；

步骤2，判别槽线修正类型：在槽线周围设定槽线补充分析判别区域，根据该区域中风场特征点的数量，判断是否需进行槽线补充分析，如需要则执行步骤3；设定槽线订正判别区域，根据该区域中风场特征点与槽线的相对位置，判断是否需进行槽线订正处理，如需要则执行步骤4；

步骤3，槽线补充分析：根据步骤2所判别得到的槽线修正类型，对于需进行补充分析的槽线，首先以补充分析判别区域对应的槽线端点作为补充分析起点，然后在风场特征点中提取槽线补充分析所需的点集，最后由补充分析起点开始，在点集中通过曲线拟合完成槽线补充分析；

步骤4，槽线订正处理：根据步骤2所判别得到的槽线修正类型，对于需进行订正的槽线，首先存储风场格点数据中所包含的网格信息(网格信息即各格点几何坐标及其之间的距离关系)并将槽线上槽点的几何坐标转换为Laplacian坐标，同时建立Laplacian坐标系，其中，Laplacian坐标的定义如下，

其中，δ_i即为顶点v_i的Laplacian坐标，L()为Laplacian算子，v_j为顶点v_i的邻接点，N(i)为顶点v_i的邻接点索引的集合，ω_ij为v_j相对顶点v_i的权值，目前常用的包括均匀权值、余切权值、正切权值等，本发明采用均匀权值，即ω_ij＝1/d_i(d_i为v_i点的度，即v_i点邻接点的数量)；