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站点气温数据的积温计算(含Matlab程序实现)

已有 919 次阅读 2019-2-12 22:16 |个人分类:程序代码|系统分类:科研笔记| 积温, 气象, 气温, 算法, Matlab, Matlab

活动温度总和(简称积温)是某一段时间内逐日平均气温≥10℃持续期间日平均气温的总和。是研究温度与生物有机体发育速度之间关系的一种指标,从强度和作用时间两个方面表示温度对生物有机体生长发育的影响。一般以度日(d·℃)为单位。


积温一般使用站点记录的日平均气温进行计算。我国建设有2000余个国家气象站点,最早观测时间至1951。观测数据可在国际气象信息中心申请(中国气象数据网)。这些站点的日值观测数据可以用于积温的计算,图1是站点日尺度气温数据的格式。温度数据共13列,第1列为站点编号,第2、3、4列站点经纬度和海拔高度,第5-7列为观测日期,第8-10列为日平均温、最高温和最低温,11-13列为数据观测状态。


v2-1cef4d772e31b646d022bb9c7fc2b815_hd.jpg

图1. 日观测气温数据格式

积温计算代码

1. 将所有站点数据导入到Matlab中

%% 将所有的温度数据导入到matlab中

%% 选择数据所在的文件夹,获取所有文件信息

clear,clc

% 添加当前路径

addpath(genpath(pwd))

filedir = 'F:\indices_wangjing\tem\*txt';

filenames = dir(filedir);

% 文件保存目录

filedir_save = 'F:\indices_wangjing\tem_mat\';

% 获取文件长度

file_len = length(filenames);

% 逐个文件导入

for ifile = 1:file_len

disp(ifile/file_len);

% 当前文件

filename_this = filenames(ifile).name;

% 获取观测时间

time_obv = filename_this(end-9:end-4);

% 读取当前文件(自定义函数参加第3部分)

sm_singleMonth = importfile_tem_v1(filename_this, 1, inf);

% 纬度转换

lats = sm_singleMonth(:,2);

lats_ = num2str(lats);

lats_D = str2num(lats_(:,1:2)); % degree

lats_M = str2num(lats_(:,3:end)); % minute

lats = lats_D+lats_M/60;

% 经度转换

lons = sm_singleMonth(:,3);

lons_ = num2str(lons);

lons_D = str2num(lons_(:,1:3)); % degree

lons_M = str2num(lons_(:,4:end)); % minute

lons = lons_D+lons_M/60;

% 转化为日期

date = datetime(sm_singleMonth(:,5:7));

% 平均温,最高温和最低温

temAvg = sm_singleMonth(:,8);

temMax = sm_singleMonth(:,9);

temMin = sm_singleMonth(:,10);

% 整合数据

temthis = [sm_singleMonth(:,1),lats,lons,datenum(date),temAvg,temMax,temMin];

save([filedir_save,'TEM',time_obv,'.mat'],'temthis')

end


2. 计算日平均温大于10度的天数和总积温(1980-2016)

clear, clcaddpath(genpath(pwd))

% load所有的气象观测站信息,包含站点编号、精度和纬度

load('station_info.mat')stalen = length(stainfo);

% 预定于数据,用于存贮结果

datesGT10 = nan(2419,37);

accumulatedT = nan(2419,37);

allyears = 1980:1:2016;


for iyear = 1:37

tic

% this year

disp(iyear);

thisyear = allyears(iyear);

dateofYear = 365; % 1年中的天数

if rem(thisyear,4)==0

dateofYear = 366;

end

% load所有的温度数据

files = dir(['G:\indices_wangjing\tem_mat\TEM' num2str(thisyear) '*.mat']);

% 将一年中的数据连在一起

temEachyear = [];

for imonth = 1:12

% load each month data

load(files(imonth).name)

% cat each month

temEachyear = cat(1,temEachyear,temthis);

end

%% 计算各站点的积温天数和总积温

for ista=1:2419

staNO = stainfo(ista,1);

temeachstation = temEachyear(temEachyear(:,1)==staNO,:);

% temperature=temperature/10

temeachstation(:,5:7) = temeachstation(:,5:7)/10;

%% 剔除异常值

% if the temperature gt 1000, turn in to nan

temeachstation(temeachstation(:,5)>10000,:)=nan;

% delete nan data

temeachstation = temeachstation(~isnan(temeachstation(:,5)),:);

tem_avg = temeachstation(:,5);

dates_mea = temeachstation(:,4);

% 如果这个站点一年中的观测数据少于300天,则不计算积温

lendays = length(temeachstation);

if lendays<300

continue;

end

datesta = datenum(thisyear,1,1);

dateend = datenum(thisyear,12,31);

% 如果观测数据少于该年的天数,则对观测数据进行插值

if lendays<dateofYear

tem_interp = interp1(dates_mea,tem_avg,(datesta:1:dateend));

else

tem_interp = tem_avg;

end

%% 对插值后的气温数据进行5日滑动平均

for idate = 1:dateofYear

if idate>2 && idate<dateofYear-1

tem_interp(idate) = (tem_interp(idate-2)+tem_interp(idate-1)+...

tem_interp(idate)+tem_interp(idate+1)+tem_interp(idate+2))/5;

else

continue

end

end

%% !!!积温计算算法

% 找到日平均气温大于10的日期

Iaa = find(tem_interp>10);

len1 = zeros(366,1);

j=1;

for i=1:length(Iaa)-1

if Iaa(i+1)-Iaa(i)==1

len1(j) = len1(j)+1;

else

j=j+1;

end

end

% a代表气温连续超过10的最长天数

[a,b] = max(len1);

c = sum(len1(1:b-1));

% if no temperature gt 10, continue

if a<1

continue

end

% d代表积温计算的起始日期

d=Iaa(b+c);

% 保存数据

datesGT10(ista,iyear) = a;

accumulatedT(ista,iyear) = sum(tem_interp(d:d+a),'omitnan');

end

toc

end

%% 将结果保存到excel表格中

xlswrite('大于10度的积温天数.xlsx',datesGT10)

xlswrite('大于10度的年积温.xlsx',accumulatedT)

3.自定义函数importfile_tem_v1.m

function temthis = importfile_tem_v1(filename, startRow, endRow)

%IMPORTFILE 将文本文件中的数值数据作为矩阵导入。

%   SURFCLICHNMULDAYTEM12001198001 = IMPORTFILE(FILENAME) 读取文本文件 FILENAME

%   中默认选定范围的数据。

%

%   SURFCLICHNMULDAYTEM12001198001 = IMPORTFILE(FILENAME, STARTROW, ENDROW)

%   读取文本文件 FILENAME 的 STARTROW 行到 ENDROW 行中的数据。

%

% Example:

%   temthis = importfile('SURF_CLI_CHN_MUL_DAY-TEM-12001-198001.TXT', 1, 74679);

%

%    另请参阅 TEXTSCAN。

% 由 MATLAB 自动生成于 2019/01/12 15:20:54

%% 初始化变量。

if nargin<=2

    startRow = 1;

    endRow = inf;

end

%% 每个文本行的格式字符串:

%   列1: 双精度值 (%f)

%   列2: 双精度值 (%f)

%   列3: 双精度值 (%f)

%   列4: 双精度值 (%f)

%   列5: 双精度值 (%f)

%   列6: 双精度值 (%f)

%   列7: 双精度值 (%f)

%   列8: 双精度值 (%f)

%   列9: 双精度值 (%f)

%   列10: 双精度值 (%f)

% 有关详细信息,请参阅 TEXTSCAN 文档。

formatSpec = '%5f%5f%6f%7f%5f%3f%3f%7f%7f%7f%[^\n\r]';

%% 打开文本文件。

fileID = fopen(filename,'r');

%% 根据格式字符串读取数据列。

% 该调用基于生成此代码所用的文件的结构。如果其他文件出现错误,请尝试通过导入工具重新生成代码。

dataArray = textscan(fileID, formatSpec, endRow(1)-startRow(1)+1, 'Delimiter', '', 'WhiteSpace', '', 'EmptyValue' ,NaN,'HeaderLines', startRow(1)-1, 'ReturnOnError', false);

for block=2:length(startRow)

    frewind(fileID);

    dataArrayBlock = textscan(fileID, formatSpec, endRow(block)-startRow(block)+1, 'Delimiter', '', 'WhiteSpace', '', 'EmptyValue' ,NaN,'HeaderLines', startRow(block)-1, 'ReturnOnError', false);

    for col=1:length(dataArray)

        dataArray{col} = [dataArray{col};dataArrayBlock{col}];

    end

end

%% 关闭文本文件。

fclose(fileID);

%% 对无法导入的数据进行的后处理。

% 在导入过程中未应用无法导入的数据的规则,因此不包括后处理代码。要生成适用于无法导入的数据的代码,请在文件中选择无法导入的元胞,然后重新生成脚本。

%% 创建输出变量

temthis = [dataArray{1:end-1}];




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