气象数据matlab处理.ppt

第二部分 数据处理与应用 一 实测资料的质量控制 实时观测数据的质量控制是科学研究和业务工作中一个重要的环节 因为所采取数量质量的高低直接影响到工作的成败 质量控制方法 1 人工审查方法2 计算机编程 经验统计方法 A 极值法 资料通常都有极大值 上限 和极小值 下限 通过各种方法确定出适当的极值作为判断数据正确与否的上下限范围 当数据超出此范围 则认为该数据是可疑的 应将其剔除 但当对实测地海洋气象资料不熟悉的情况下 很难确定适当的极值范围 此时 可使用 莱因达 准则进行计算确定极值 莱因达准则 根据误差理论 一般情况下 随机误差服从正态分布 以一段时间数据的平均值代表真值 对某个时刻的观测数据Xi 若满足 其中为资料标准差 则认为数据Xi可疑 应剔除 用莱因达准则的前提是要有足够大的观测数据 当n30km 则不应该有天气现象 而当能见度 低云量 气温与露点之间的关系 气温 露点温度 风速与浪高的关系等 当相关的两个要素之间发生矛盾时 至少可以断定其中一个要素是错误的 但要判断哪一个要素正确 哪一个要素错误 还有一定困难 在实际业务和科研工作中 科技人员从分析图或积累的经验上 能判断出对错 但在计算机上 软件设计方面和运行成本方面可能有一定困难 简单的处理办法是将两个要素都剔除 否则 就必须附加判断条件 找到邻近测站或邻近时间点数据进行比较 二 matlab软件与语言基础 Matlab MatrixLaboratory 是美国MathWorks公司开发的一套高性能的数值分析和计算软件 用于概念设计 算法开发 建模仿真 实时实现的理想的集成环境 是目前最好的科学计算类软件之一 MATLAB 即 矩阵实验室 它是以矩阵为基本运算单元 具有强大的矩阵运算能力 MatrixLaboratory 矩阵实验室 使得矩阵运算非常简单 MATLAB已发展成为适合众多学科 多种工作平台 功能强大的大型软件 在欧美等国家的高校 MATLAB已成为线性代数 自动控制理论 数理统计 数字信号处理 时间序列分析 动态系统仿真等高级课程的基本教学工具 成为攻读学位的本科 硕士 博士生必须掌握的基本技能 在设计研究单位和工业开发部门 MATLAB被广泛的应用于研究和解决各种具体问题 在中国 MATLAB也已日益受到重视 短时间内就将盛行起来 因为无论哪个学科或工程领域都可以从MATLAB中找到合适的功能 70年代中期 CleveMoler和他的同事开发了LINPACK和EISPACK的Fortran子程序库70年代末期 CleveMoler在新墨西哥大学给学生开线性代数 为学生编写了接口程序 这程序取名为MATLAB 即MATrixLABoratory1983年春天 工程师JohnLittle与Moler SteveBangert一起开发了第二代专业版MATLAB1984年 MathWorks公司成立 MATLAB正是推向市场 之后其功能不断扩充 版本不断升级 MATLAB语言的优势 编程简单 类似于其他语言 如C集成度更高 扩展性更好数学问题数值计算能力强大由Maple内核构成的符号运算工具箱可以继承Maple所有解析解的求解能力在数学 工程领域有各种 工具箱 强大的系统仿真能力 Simulink建模在控制界是国际首选的计算机语言 启动MATLAB命令窗口计算机安装好MATLAB之后 双击MATLAB图标 就可以进入命令窗口 此时意味着系统处于准备接受命令的状态 可以在命令窗口中直接输入命令语句 MATLAB语句形式 变量 表达式 a 8 通过等于符号将表达式的值赋予变量 当键入回车键时 该语句被执行 语句执行之后 窗口自动显示出语句执行的结果 如果希望结果不被显示 则只要在语句之后加上一个分号 即可 此时尽管结果没有显示 但它依然被赋值并在MATLAB工作空间中分配了内存 变量 1 变量的命名 变量的名字必须以字母开头 不能超过19个字符 之后可以是任意字母 数字或下划线 变量名称区分字母的大小写 变量中不能包含有标点符号 2 一些特殊的变量ans 用于结果的缺省变量名i j 虚数单位pi 圆周率eps 计算机的最小数inf 无穷大realmin 最小正实数realmax 最大正实数nan 不定量notanumber 赋值 直接赋值语句赋值变量 赋值表达式例 a pi 2a 9 8696例 表示矩阵 B 1 9i 2 8i 3 7j 4 6j5 5i 6 4i 7 3i 8 2j1i B 1 0000 9 0000i2 0000 8 0000i3 0000 7 0000i4 0000 6 0000i5 0000 5 0000i6 0000 4 0000i7 0000 3 0000i8 0000 2 0000i0 1 0000i 冒号表达式v s1 s2 s3该函数生成一个行向量v 其中s1是起始值 s2是步长 若省略步长为1 s3是最大值 例 用不同的步距生成 0 p 间向量 v1 0 0 2 pi v2 0 0 1 pi 步距为负 不能生成向量 得出空矩阵 v3 0 pi v4 pi 1 0 逆序排列构成新向量 v5 0 0 4 pi pi linspace a b n ones m n 基本语句格式B A v1 v2 v1 v2分别表示提取行 列 号构成的向量 例 A 1 2 3 4 3 4 5 6 5 6 7 8 7 8 9 0 A 1234345656787890 size A B1 A 1 2 end 提取全部奇数行 所有列 B1 12345678 B2 A 3 2 1 2 3 4 提取3 2 1行 2 3 4列构成子矩阵 A B2 1234678345645656782347890 B3 A end 1 1 将A矩阵左右翻转 即最后一列排在最前面 B3 4321654387650987 矩阵转置B A C A 矩阵翻转左右翻转B fliplr A 上下翻转C flipud A 旋转90o 逆时针 D rot90 A 如何旋转180o D rot90 rot90 A 矩阵乘方MATLAB实现 F A x x 13 24 y 57 68 x2 reshape x 4 1 y2 reshape y 4 1 z1 x2y2 z2 x2 y2 点运算 矩阵对应元素的直接运算数学表示 MATLAB实现 C A B例 A 1 2 3 4 5 6 7 8 0 B A AB 1427256312546656823543167772161 C A AC 14916253649640 逻辑变量 非0表示逻辑1逻辑运算 相应元素间的运算 与运算A C或运算A C非运算 A 矩阵的逻辑运算 各种允许的比较关系 AA 123456780 矩阵的比较运算 i j find A 5 i j 显示行标 列标ans 31223223 all A 5 某列元素全大于或等于5时 相应元素为1 否则为0 ans 000 any A 5 某列元素中含有大于或等于5时 相应元素为1 否则为0 ans 111 三 数据分析处理 1 求平均风速2 求风速的方差和标准差3 质量控制 极值法 莱因达准则3 统计最大风速及相应的风向4 统计盛行风向 聚类 5 插值6 风速连续时间序列的带权重平滑 四 绘图 matl