如何从R中的U和V风分量计算风向

s8vozzvw 于 2023-05-11 发布在其他

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我有U和V风分量数据，我想从R中的这些值计算风向。
最后，我想以0-360度的风向数据结束，0度或360度表示风吹向北方，90度表示风吹向东方，180度表示风吹向南方，270度表示风吹向西方。
以下是一些示例数据：

wind <- read.table(header = TRUE, text = "
u_ms     v_ms     u_rad        v_rad
-3.711   -1.471   -0.064769155 -0.025673788
-2.2417  -1.6118  -0.039125038 -0.028131211
-1.8188  -1.6613  -0.031744042 -0.028995149
-1.6164  -1.7037  -0.028211496 -0.029735168
-1.3941  -1.7388  -0.02433163  -0.030347779
-1.0682  -1.8748  -0.018643603 -0.032721426
-0.57611 -1.8359  -0.010055014 -0.032042493
-1.5698  -1.6766  -0.027398173 -0.029262184
-1.4976  -1.6994  -0.026138045 -0.029660119
-1.3537  -1.7505  -0.023626517 -0.030551982
-1.0901  -1.4947  -0.01902583  -0.026087431
-0.60403 -0.96283 -0.01054231  -0.01680455
-0.70812 -1.1194  -0.012359023 -0.019537212
-0.49045 -0.6849  -0.008559966 -0.011953758
-0.39849 -0.7847  -0.006954961 -0.013695596
0.17875  -0.80349 0.003119775  -0.014023543
0.48356  -0.19352 0.008439712  -0.00337756
1.5082   -0.97815 0.02632305   -0.017071935
1.4219   -1.0835  0.024816831  -0.018910639
2.5881   -0.81666 0.045170857  -0.014253403
")

我已经使用下面的代码来尝试获得风向（列td），但我不相信返回的Angular 是我想要的（即0°/360°表示向北吹的风，90°表示向东吹的风等）。

u = wind$u_rad # u component in radians
v = wind$v_rad # v component in radians

d = (180/pi)*(atan2(u,v))
td = as.matrix(d + 180)
df = cbind(wind, d, td)

> df
       u_ms     v_ms        u_rad       v_rad         d        td
1  -3.71100 -1.47100 -0.064769155 -0.02567379 -111.6228  68.37716
2  -2.24170 -1.61180 -0.039125038 -0.02813121 -125.7164  54.28357
3  -1.81880 -1.66130 -0.031744042 -0.02899515 -132.4087  47.59129
4  -1.61640 -1.70370 -0.028211496 -0.02973517 -136.5062  43.49379
5  -1.39410 -1.73880 -0.024331630 -0.03034778 -141.2788  38.72124
6  -1.06820 -1.87480 -0.018643603 -0.03272143 -150.3269  29.67308
7  -0.57611 -1.83590 -0.010055014 -0.03204249 -162.5780  17.42199
8  -1.56980 -1.67660 -0.027398173 -0.02926218 -136.8842  43.11576
9  -1.49760 -1.69940 -0.026138045 -0.02966012 -138.6118  41.38819
10 -1.35370 -1.75050 -0.023626517 -0.03055198 -142.2844  37.71557
11 -1.09010 -1.49470 -0.019025830 -0.02608743 -143.8963  36.10365
12 -0.60403 -0.96283 -0.010542310 -0.01680455 -147.8980  32.10204
13 -0.70812 -1.11940 -0.012359023 -0.01953721 -147.6830  32.31699
14 -0.49045 -0.68490 -0.008559966 -0.01195376 -144.3939  35.60607
15 -0.39849 -0.78470 -0.006954961 -0.01369560 -153.0774  26.92258
16  0.17875 -0.80349  0.003119775 -0.01402354  167.4578 347.45783
17  0.48356 -0.19352  0.008439712 -0.00337756  111.8112 291.81121
18  1.50820 -0.97815  0.026323050 -0.01707193  122.9656 302.96561
19  1.42190 -1.08350  0.024816831 -0.01891064  127.3077 307.30771
20  2.58810 -0.81666  0.045170857 -0.01425340  107.5128 287.51279

我将感谢任何关于我的方法是否正确的建议，如果不是，我如何才能正确地获得所需的风向值。虽然Calculating wind direction from U and V components of the wind using lapply or ifelse很有帮助，但代码确实可以处理我的数据，我相信有一个更容易获得风向的方法。非常感谢！

来源：https://stackoverflow.com/questions/21484558/how-to-calculate-wind-direction-from-u-and-v-wind-components-in-r

3条答案

按热度按时间

nbysray51#

这有三个问题：
1.不能将m/s转换为弧度。为了将风分量输入到atan2中，必须将它们归一化，但不是通过将m/s乘以pi/180来实现的（您这样做是为了得到u_rad和v_rad）。你应该做一个绝对风速列（sqrt(u_ms^2 + v_ms^2)），并取atan2(u_ms/wind_abs, v_ms/wind_abs)。（还要注意atan 2首先使用y分量-确保这是您想要的）

atan2将在单位圆坐标中给予答案，该坐标逆时针增加，x轴上为零。你想要一个基数坐标的答案，它顺时针增加，y轴上有一个零。要将单位圆转换为基数坐标，必须从90中减去单位圆Angular 。
1.你必须知道风的信息是指风的方向（基本坐标的标准）还是指风吹的方向（三角函数/矢量运算的标准）
如果给定u_ms = = -3.711和v_ms = -1.471（在单位圆上，它是向下吹的，稍微向左，所以它是从东北方向吹来的），那么：

wind_abs = sqrt(u_ms^2 + v_ms^2)
wind_dir_trig_to = atan2(u_ms/wind_abs, v_ms/wind_abs) 
wind_dir_trig_to_degrees = wind_dir_trig_to * 180/pi ## -111.6 degrees

然后，您必须将此风矢量转换为风来方向的气象惯例：

wind_dir_trig_from_degrees = wind_dir_trig_to_degrees + 180 ## 68.38 degrees

然后，必须将该Angular 从“三角”坐标转换为基本坐标：

wind_dir_cardinal = 90 - wind_dir_trig_from_degrees
[1] 21.62284 #From the northeast.

赞(0）回复(0）举报 2023-05-11

gz5pxeao2#

虽然公认的答案有正确的想法，但它有一个缺陷。正如注解中提到的，不需要规范化u和v分量，就可以对它们使用atan2。当u == v == 0和wind_abs变为0时，该漏洞就会出现。在C#中，两个除法将返回无穷大（符合IEEE 754），atan2将返回NaN。如果不对组件进行规范化，atan2(0,0)将返回0。因此，规范化不仅是不必要的，而且还引入了错误。
请注意，atan2最常见的函数签名是atan2(y, x)- Microsoft Excel是个例外。

赞(0）回复(0）举报 2023-05-11

n6lpvg4x3#

在Python中：

Dir=np.mod(180+np.rad2deg(np.arctan2(U, V)),360)

这导致对于[0，1]矢量的南风（180度），对于[0，-1]矢量的北风（0度），对于[1，1]矢量的西南风（225度）：

U
Out[86]: 
array([[ 0.  ],
       [ 0.  ],
       [ 1.  ],
       [-3.47]])

V
Out[87]: 
array([[ 1.  ],
       [-1.  ],
       [ 1.  ],
       [-1.47]])

np.mod(180+np.rad2deg(np.arctan2(U, V)),360)
Out[89]: 
array([[180.        ],
       [  0.        ],
       [225.        ],
       [ 67.04097233]])

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