一种极地水汽输送通量的可视化算法制造技术

本发明专利技术涉及一种极地水汽输送通量矢量的可视化算法。利用程序语言读取原始全球网格的数据，将对应半球的水汽输送通量数据转变为分辨率为100km×100km的等面积可扩展(Equal‑Area Scalable Earth，EASE)网格，对水平数据和垂向数据进行方向更正。建立图像显示窗口，首先确定水汽输送通量的起始点坐标，然后根据矢量的水平大小和垂直大小，以及矢量箭头角度和长度，计算矢量箭头三个顶点的坐标，按顺序将以上四点连接成线完成一个矢量箭头的绘制。对所有网格点进行迭代，将所有水汽输送通量矢量进行叠加显示，完成所有绘制。本发明专利技术解决了极地地区水汽输送通量矢量在高纬度地区出现汇聚和错误的问题，准确性和科学性较高，用户可根据需求任意调整矢量绘制的各个参数，且操作简便，可视化结果美观。

A visual algorithm of water vapor flux in polar region

【技术实现步骤摘要】
一种极地水汽输送通量的可视化算法
本专利技术涉及极地水汽输送通量矢量绘制步骤，具体说的是一种极地水汽输送矢量可视化的流程算法。
技术介绍
在气候学和气象学的研究中，气象矢量数据的绘制在极地区域的研究成图时具有广泛应用。本可视化算法采用IDL编程语言实现，IDL功能强大，但由于极地地区气象矢量数据所使用的网格所对应的经纬度数据往往是非均匀分布的，而IDL现有的可绘制矢量的内置函数如VECTOR、IVECTOR、ARROW等都要求数据的坐标对称，例如，相邻网格的经度或者纬度相同或网格间的经纬度差相同。因此，现有的矢量绘制方法在极地地区容易出现箭头汇聚的情况，且常常发生箭头从北极点向外指向的情况和部分区域箭头反向的问题，导致出图不清晰甚至出图错误(图3)。因此，极地水汽输送矢量的可视化方法具有较强的研究价值和实际应用价值。
技术实现思路
针对上述技术不足，本专利技术提供一种美观并准确的极地水汽输送通量可视化算法。本算法借助IDL程序语言，读取水汽输送通量数据，进行数据处理后对每个网格进行迭代处理，以绘制直线形成箭头的形式，对极地水汽输送通量矢量进行可视化。本算法的准确性和科学性较强，灵活度高，用户可根据需求自定义矢量绘制的各个参数，且实施方便，得到的可视化结果准确、美观。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种极地水汽输送通量的可视化算法，包括以下步骤：1)读取全球地理网格下的水汽输送通量数据；2)将数据转变为具有预设分辨率的等面积可扩展网格；3)对水平数据和垂向数据进行方向更正；4)对于每一个网格，确定水汽输送通量矢量的起始点坐标；5)根据水汽输送通量矢量的水平大小和垂直大小，以及自定义的箭头角度和长度计算箭头顶点坐标；6)按顺序将箭头的四个顶点连接成线，绘制单个箭头；7)重复步骤4)-6)，对所有网格进行迭代处理，将所有极地水汽输送矢量进行叠加显示，完成绘制。所述将数据转变为具有预设分辨率的等面积可扩展网格为：设置参数：投影类型、椭球体、中央经线和单位，建立可扩展目标网格坐标系；设置可扩展目标网格坐标系的分辨率；根据原始地理网格坐标系和目标网格坐标系建立地理查找表文件，以确定原始地理网格坐标系中的初始位置在可扩展目标网格坐标系中的结果位置；所述地理查找表文件用于存储原始地理网格坐标与可扩展网格坐标的映射关系；根据初始位置和结果位置对水汽输送通量数据在可扩展目标网格坐标系下进行插值变换；，得到等面积可扩展网格下的水汽输送通量数据；并计算结果数据在原始地理网格坐标系下对应网格的经纬度数据，用于绘制。所述对水平数据和垂向数据进行方向更正为：原始地理网格坐标系下的数据中的水平分量以经纬度为参考，水平分量向东为正，向西为负，垂向分量向北为正，向南为负；当数据转换为等面积可扩展网格后，根据象限和经纬度进行调整，使得可扩展目标网格坐标系下的结果数据以x轴和y轴为水平分量和垂向分量进行矢量的坐标定位。所述确定水汽输送通量矢量的起始点坐标为：读取等面积可扩展网格下水汽输送通量矢量的水平数据和垂直数据，将数据点所在网格的中心点横坐标作为矢量起点A的横坐标x0，中心点纵坐标作为矢量起点A的纵坐标y0。所述根据水平大小和垂直大小，以及自定义的箭头角度和长度，计算矢量箭头三点的坐标具体为：根据水汽输送通量矢量的起始点A的坐标，由水汽输送通量矢量起始点A的横坐标x0，加上水平偏移量，得到箭头顶端点B的横坐标x1，所述水平偏移量为矢量水平大小u乘以常数t；同理可得顶点B的纵坐标y1；根据矢量箭头的长度1和角度α，由几何公式推导可得到矢量箭头另外两点的坐标C(x2，x2)和D(x3，x3)。所述按顺序将箭头的四个顶点连接成线绘制单个箭头具体为：利用IDL曲线绘图函数按照ABCBD或者ABDBC的顺序进行连接，得到极地区域一个矢量数据点所在网格处的水汽输送通量矢量。所述对所有网格进行迭代处理，将所有极地水汽输送矢量进行叠加显示，完成绘制为：利用IDL的循环函数，将数据框中所有的数据点按照以上步骤进行迭代绘制，将所有矢量箭头可视化，得到最终的极地水汽输送通量矢量图。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术一种极地水汽输送通量矢量可视化算法，可提供从数据读取、数据处理、迭代成图一整套极地水汽输送通量矢量可视化流程算法。2.本算法仅采用IDL程序完成，简洁方便，易于操作。3.本算法自由度高，用户可根据需求自定义矢量绘制的各个参数，可快速获取极地水汽输送矢量准确、美观的可视化结果。4.本算法亦可用于极地区域其他再分析矢量数据如风矢量、热量输送通量的绘制，具有较高的灵活性。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是原始北半球范围内的水汽输送通量矢量示意图；图3利用IDL内置函数VECTOR绘制的北极水汽输送通量矢量图；图4是单个矢量箭头绘制的几何原理图；图5是本专利技术方法示例得到的北极水汽输送通量矢量可视化结果图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明。结合附图对方法步骤进行说明。以下实施以北半球为例，用于说明本专利技术的目的，但不用来限定本专利技术的范围。如图1所示，程序语言读取原始全球网格的数据，将对应半球的水汽输送通量数据转变为分辨率为100km×100km的等面积可扩展网格(水汽输送通量数据为速度和方向的矢量数据)，对水平数据和垂向数据进行方向更正。建立图像显示窗口，首先确定水汽输送通量的起始点坐标，然后根据矢量的水平大小和垂直大小，以及矢量箭头角度和长度，计算矢量箭头三个顶点的坐标，按顺序将以上四点连接成线完成一个矢量箭头的绘制。对网格点进行迭代，将所有水汽输送通量矢量进行叠加显示，完成所有绘制。包括以下步骤：读取原始全球网格下的水汽输送通量矢量的水平数据和垂直数据，如图2所示，将数据转变为具有预设分辨率的等面积可扩展网格，如图3所示。转换过程首先需要建立目标网格对应的坐标系，设置投影类型、椭球体、中央经线和单位等参数；根据初始坐标系和目标坐标系建立地理查找表文件，以确定原始地理网格中的初始位置在目标坐标系中的结果位置。然后，根据初始位置和结果位置对水汽输送通量进行变换、插值，设置目标结果的分辨率，得到等面积可扩展网格下的水汽输送通量数据。由于原始数据中矢量的方向以经纬度为准，如图2左上坐标系所示，而结果数据的水平分量和垂向分量以x轴和y轴为准，如图5左上坐标系所示。因此当数据转换为等面积可扩展网格后，需要进行方向更正，根据象限和经纬度进行调整：经度0-90°的更正方法如下：公式1：u＝-vv×sin(lon)+uu×sin(90-lon)公式2：v＝vv×cos(lon)+uu×cos(90-lon)经度90-180°的更正方法如下：公式3：u＝-vv×sin(180-lon)-uu×sin(lon-90)公式4：v＝-vv×cos(180-lon)+u本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极地水汽输送通量的可视化算法，其特征在于包括以下步骤：/n1)读取全球地理网格下的水汽输送通量数据；/n2)将数据转变为具有预设分辨率的等面积可扩展网格；/n3)对水平数据和垂向数据进行方向更正；/n4)对于每一个网格，确定水汽输送通量矢量的起始点坐标；/n5)根据水汽输送通量矢量的水平大小和垂直大小，以及自定义的箭头角度和长度计算箭头顶点坐标；/n6)按顺序将箭头的四个顶点连接成线，绘制单个箭头；/n7)重复步骤4)-6)，对所有网格进行迭代处理，将所有极地水汽输送矢量进行叠加显示，完成绘制。/n

【技术特征摘要】
1.一种极地水汽输送通量的可视化算法，其特征在于包括以下步骤：
1)读取全球地理网格下的水汽输送通量数据；
2)将数据转变为具有预设分辨率的等面积可扩展网格；
3)对水平数据和垂向数据进行方向更正；
4)对于每一个网格，确定水汽输送通量矢量的起始点坐标；
5)根据水汽输送通量矢量的水平大小和垂直大小，以及自定义的箭头角度和长度计算箭头顶点坐标；
6)按顺序将箭头的四个顶点连接成线，绘制单个箭头；
7)重复步骤4)-6)，对所有网格进行迭代处理，将所有极地水汽输送矢量进行叠加显示，完成绘制。


2.根据权利要求1所述的一种极地水汽输送通量的可视化算法，其特征在于所述将数据转变为具有预设分辨率的等面积可扩展网格为：
设置参数：投影类型、椭球体、中央经线和单位，建立可扩展目标网格坐标系；设置可扩展目标网格坐标系的分辨率；根据原始地理网格坐标系和目标网格坐标系建立地理查找表文件，以确定原始地理网格坐标系中的初始位置在可扩展目标网格坐标系中的结果位置；所述地理查找表文件用于存储原始地理网格坐标与可扩展网格坐标的映射关系；
根据初始位置和结果位置对水汽输送通量数据在可扩展目标网格坐标系下进行插值变换；得到等面积可扩展网格下的水汽输送通量数据；并计算结果数据在原始地理网格坐标系下对应网格的经纬度数据，用于绘制。


3.根据权利要求1所述的一种极地水汽输送通量的可视化算法，其特征在于所述对水平数据和垂向数据进行方向更正为：原始地理网格坐标系下的数据中的水平分量以经纬度为参考，水平分量向东为正，向西为负，垂向分量向北为正，向南为负；
当数据转换为等面...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁钰，毕海波，王云鹤，黄海军，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37