[发明专利]一种基于昆虫雷达监测的害虫迁飞路径模拟方法

说明书

本发明提供一种基于昆虫雷达监测的害虫迁飞路径模拟方法，包括获取昆虫雷达采集数据，还包括以下步骤：对所述昆虫雷达采集数据迁飞虫峰判断，并提取单个目标的相关数据；计算高分辨率WRF气象背景场；对目标自主飞行速度和方向进行分解，以及新速度方向的再合成；确定正推和逆推时长，进行轨迹计算，最终确定完整的迁飞路径。本发明以昆虫雷达观测到迁飞虫峰为起点，提取害虫的飞行高度，速度和方向的飞行行为参数，结合WRF气象背景场，进一步对雷达观测到的每一个独立目标进行自主定向及飞行速度的分解，大大减小了人为主观设置飞行参数的误差，同时增加了模拟害虫迁飞期间对低温、降雨、强风的响应策略，提高了对目标空间位置的预测精度。

技术领域

本发明涉及有害生物监测的技术领域，特别是一种基于昆虫雷达监测的害虫迁飞路径模拟方法。

背景技术

昆虫迁飞轨迹模拟是研究昆虫在大尺度时空背景下转移和扩散的重要手段之一，传统的研究方法普遍基于如HYSPLIT或FLEXPART等拉格朗日大气粒子扩散模型，结合不同分辨率的数值气象背景场，如再分析气象数据GRIB2或经过WRF插值后的NC格式气象数据，将昆虫设定于若干个高度起点进行飞行漂移模拟，计算不同时刻的空间坐标和起落点以获取其飞行轨迹。

研究表明昆虫与惰性粒子的完全随风漂移不同，具有自主定向能力和飞行能力，同时对迁飞环境具有选择性和主动适应性，包括主动起飞，共同定向，成层，遇雨迫降等特点。研究人员通过对于Y形银纹夜蛾（Autographa gamma）与惰性粒子的迁飞模拟发现前者的飞行距离远大于后者，且飞行方向与雷达实际观测方向更加一致。研究人员通过加入固定的昆虫飞行速度和方向参数对轨迹模拟模型进行了改进，提升了轨迹模拟预测的精度，但这种飞行参数是人为主观设定的，并非实际观测的结果，缺乏实证依据，因此目前的轨迹分析方法还存在一定局限性。

昆虫雷达具有探测距离远、高效精准和全天候工作等优点，近年来随着雷达电子技术的发展，不仅雷达本身的探测精度越来越高，对目标的参数的解算能力也大大加强。通过昆虫雷达可以快速准确获得目标的飞行高度，速度和方向，将这些真实的飞行参数与迁飞轨迹模拟进行融合，可解决人工设定参数的问题，从而弥补传统迁飞轨迹模型的不足，但目前由于昆虫雷达数据解算的大多依靠人工处理，计算效率低且误差较大，导致昆虫雷达和迁飞轨迹模拟结合的模型研究较少。

申请公开号为CN109116348A的发明专利申请公开了一种面向昆虫迁飞起飞与巡航的远距离轨迹模拟方法，基于背景大气场设置合理的条件确定昆虫的起飞区域，然后基于现已证实的存在于昆虫中的定向飞行策略和雷达观测到的昆虫的迁飞轨迹速度和方向，确定昆虫在迁飞过程中的自身速度大小和头部朝向，利用拉格朗日粒子扩散模型模拟昆虫在背景大气场中的迁飞轨迹。该方法的缺点是拉格朗日粒子扩散模型的理论基础建立在研究如污染物等惰性粒子扩散的前提之上，而昆虫作为一种生物会对低温、降雨、强风的做出响应，其飞行行为不仅受到风的影响，因此仅考虑风的因素会较大影响了最终轨迹的推算。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提出了一种基于昆虫雷达监测的害虫迁飞路径模拟方法，以昆虫雷达观测到迁飞虫峰为起点，提取害虫的飞行高度，速度和方向的飞行行为参数，结合WRF气象背景场，进一步对雷达观测到的每一个独立目标进行自主定向及飞行速度的分解，大大减小了人为主观设置飞行参数的误差，同时增加了模拟害虫迁飞期间对低温，降雨，强风的响应策略，提高了对目标空间位置的预测精度。

本发明提供一种基于昆虫雷达监测的害虫迁飞路径模拟方法，包括获取昆虫雷达采集数据，还包括以下步骤：

步骤1：对所述昆虫雷达采集数据迁飞虫峰判断，并提取单个目标的相关数据；

步骤2：计算高分辨率WRF气象背景场；

步骤3：对目标自主飞行速度和方向进行分解，以及新速度方向的再合成；

步骤4：确定正推和逆推时长，进行轨迹计算，最终确定完整的迁飞路径。