留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

一种基于地转风模型的平流层风场插值方法

胡康 周江华 张晓军

胡康, 周江华, 张晓军等 . 一种基于地转风模型的平流层风场插值方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(4): 639-646. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0625
引用本文: 胡康, 周江华, 张晓军等 . 一种基于地转风模型的平流层风场插值方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(4): 639-646. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0625
HU Kang, ZHOU Jianghua, ZHANG Xiaojunet al. A stratospheric wind field interpolation method based on geostrophic wind model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(4): 639-646. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0625(in Chinese)
Citation: HU Kang, ZHOU Jianghua, ZHANG Xiaojunet al. A stratospheric wind field interpolation method based on geostrophic wind model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(4): 639-646. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0625(in Chinese)

一种基于地转风模型的平流层风场插值方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0625
基金项目: 

国家自然科学基金 61733017

中国科学院战略性先导科技专项 XDA170400

详细信息
    通讯作者:

    周江华, E-mail: zhoufma@aoe.ac.cn

  • 中图分类号: V321.2

A stratospheric wind field interpolation method based on geostrophic wind model

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61733017

Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences XDA170400

More Information
  • 摘要:

    平流层风场水平分量的数据精度和密度对高空气球实验的轨迹预测精度和飞行控制精度有着直接的影响。面向平流层风场,提出一种基于地转风模型的插值方法。该方法通过改进科里奥利频率公式,并用二维卷积计算地转风模型,提升了地转风模型的计算效率和低纬度地区风场精度,再用迭代二元线性回归和改进的自适应观测场偏差权重矩阵减小了观测误差对插值结果的影响。实验结果表明:所提插值方法能有效提升平流层风场插值计算速度,并对平流层风场水平分量的插值精度有显著提升。

     

  • 图 1  风速背景场和实际风场数据

    Figure 1.  Background field and actual field of wind speed data

    表  1  相关系数矩阵中位数

    Table  1.   Median of correlation coefficient matrix

    风速分量 7月1日 7月2日 7月3日 7月4日 7月5日 7月6日 7月7日
    西风 0.715 669 0.879 563 0.666 926 0.705 835 0.826 480 0.630 954 0.694 991
    南风 0.627 580 0.708 596 0.517 900 0.453 280 0.649 182 0.630 954 0.478 832
    合风 0.715 380 0.783 561 0.617 456 0.651 150 0.718 303 0.650 856 0.665 432
    下载: 导出CSV

    表  2  不同插值方法的R2检验结果

    Table  2.   R2 square test results of different interpolation methods

    方法 R2
    西风 南风 合风
    BGW(30) 0.999 937 0.997 788 0.999 770
    BGW(60) 0.999 804 0.995 244 0.999 441
    BGW(90) 0.999 726 0.993 489 0.999 138
    NN 0.999 782 0.996 398 0.999 522
    IDW 0.999 202 0.998 867 0.998 437
    下载: 导出CSV

    表  3  不同插值方法的平均绝对误差

    Table  3.   Mean absolute error of different interpolation methods

    方法 MAE/(m·s-1)
    西风 南风 合风
    BGW 0.082 857 0.115 629 0.125 175
    NN 0.195 772 0.238 833 0.211 241
    IDW 0.398 948 0.134 958 0.429 27
    下载: 导出CSV
  • [1] NOBUYUKI Y, TAKESHI I, NAOKI I, et al. Scientific ballooning technology and applications of exploration balloons floating in the stratosphere and the atmospheres of other planets[M]. Tokyo: Corona Publishing Co., Ltd., 2004: 21-22.
    [2] HANS H, BILL B, PAUL B, et al. The ERA5 global reanalysis[J]. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 2020, 146(730): 1999-2049. doi: 10.1002/qj.3803
    [3] JARDIN M, ERZBERGER H. Atmospheric data acquisition and interpolation for enhanced trajectory-prediction accuracy in the center: TRACON automation system[C]//Proceedings of the 34th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 1996: 1-8.
    [4] TAO T, WANG H, HU L, et al. Error analysis of multivariate wind field simulated by interpolation-enhanced spectral representation method[J]. Journal of Engineering Mechanics, 2020, 146(6): 04020049. doi: 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001783
    [5] 汤新民, 陈平, 韩云祥. 面向航空器战略航迹规划的风场信息插值方法[J]. 指挥信息系统与技术, 2019, 10(6): 20-24. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZHXT201906004.htm

    TANG X M, CHEN P, HAN Y X. Wind field information interpolation method for aircraft strategic trajectory planning[J]. Command Information System and Technology, 2019, 10(6): 20-24(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZHXT201906004.htm
    [6] 董志南, 郑拴宁, 赵会兵, 等. 基于空间插值的风场模拟方法比较分析[J]. 地球信息科学学报, 2015, 17(1): 37-44. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXX201501007.htm

    DONG Z N, ZHENG S N, ZHAO H B, et al. Comparative analysis of methods of mind field simulation based on spatial interpolation[J]. Journal of Geo-Information Science, 2015, 17(1): 37-44(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXX201501007.htm
    [7] 李崇银, 李琳, 谭言科, 等. 平流层气候[M]. 北京: 气象出版社, 2008: 1-3.

    LI C Y, LI L, TAN Y K, et al. Stratospheric climate[M]. Beijing: China Meteorological Press, 2008: 1-3(in Chinese).
    [8] GANDIN L S. Objective analysis of meteorological field[M]. [S. l. ]: Gidrometeorologicheskoe Izdatestvo, 1963.
    [9] 朱成阵, 程农, 李清, 等. 终端区四维轨迹预测[J]. 系统仿真学报, 2010, 22(S1): 163-165. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XTFZ2010S1041.htm

    ZHU C Z, CHENG N, LI Q, et al. The four-dimensional trajectory prediction in terminal airspace[J]. Journal of System Simulation, 2010, 22(S1): 163-165(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XTFZ2010S1041.htm
    [10] 王文龙. 大气风场模型研究及应用[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2009: 26-30.

    WANG W L. Atmospheric wind field modeling and its application[D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2009: 26-30(in Chinese).
    [11] 伍湘君, 金之雁, 陈德辉, 等. 新一代数值预报模式GRAPES的并行计算方案设计与实现[J]. 计算机研究与发展, 2007, 44(3): 510-515. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JFYZ200703020.htm

    WU X J, JIN Z Y, CHEN D H, et al. A parallel computing algorithm and its application in new generation of numerical weather prediction system (GRAPES)[J]. Journal of Computer Research and Development, 2007, 44(3): 510-515(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JFYZ200703020.htm
    [12] 丁一汇. 高等天气学[M]. 北京: 气象出版社, 2005: 32-33.

    DING Y H. Advanced climatology[M]. Beijing: China Meteorological Press, 2005: 32-33(in Chinese).
    [13] 马瑞平, 廖怀哲. 中国地区20-80 km高空风的一些特征[J]. 空间科学学报, 1999, 19(4): 334-341. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KJKB199904007.htm

    MA R P, LIAO H Z. The characteristics of winds at height of 20-80 km in the Chinese area[J]. Chinese Journal of Space Science, 1999, 19(4): 334-341(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KJKB199904007.htm
    [14] 肖琢静. 地转风和梯度风的实用计算[J]. 海洋预报, 1995, 12(3): 78-86. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HYYB503.012.htm

    XIAO Z J. Practical calculation of geostrophic wind and gradient wind[J]. Marine Forecasts, 1995, 12(3): 78-86(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HYYB503.012.htm
    [15] BABAK O, DEUTSCH C V. Statistical approach to inverse distance interpolation[J]. Stochastic Environmental Research & Risk Assessment, 2009, 23(5): 543-553.
  • 加载中
图(1) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  327
  • HTML全文浏览量:  39
  • PDF下载量:  31
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-09
  • 录用日期:  2020-12-25
  • 网络出版日期:  2022-04-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答