[发明专利]一种面向昆虫迁飞起飞与巡航的远距离轨迹模拟方法

说明书

本发明公开了一种面向昆虫迁飞起飞与巡航的远距离轨迹模拟的方法。基于背景大气场设置合理的条件确定昆虫的起飞区域，然后基于现已证实的存在于昆虫中的定向飞行策略和雷达观测到的昆虫的迁飞轨迹速度和方向，确定昆虫在迁飞过程中的自身速度大小和头部朝向，利用拉格朗日粒子扩散模型模拟昆虫在背景大气场中的迁飞轨迹。这为较准确模拟昆虫迁飞的轨迹及预测迁入区提供了一种有效的方法。相对于已有的昆虫迁飞轨迹模拟方法，本方法基于背景大气场确定昆虫迁飞的起飞区域，并且在巡航轨迹模拟中加入了较准确的昆虫飞行特性，从而能更准确的模拟昆虫迁飞的轨迹及预测可能的迁入区，同时本发明也为研究昆虫迁飞行为提供了一种有效的手段。

技术领域

本发明属于轨迹模拟领域，具体涉及一种面向昆虫迁飞起飞与巡航的远距离轨迹模拟的方法。

背景技术

昆虫迁飞是自然界中常见的现象，害虫的突发性大规模迁飞会对农业生产造成巨大影响，对昆虫迁飞进行监测并预警能有效避免昆虫迁飞带来的影响。昆虫雷达是监测昆虫迁飞的有力工具，但是其监测范围远远小于昆虫的实际迁飞距离，因此需要利用轨迹模拟技术预测远距离的昆虫迁飞轨迹。

轨迹模拟最初是气象学上用于计算污染物等粒子在大气中运行路径的方法。将该方法引入昆虫的迁飞轨迹研究中，将昆虫视为粒子，可正向和逆向模拟其在大气中的轨迹，从而确定潜在的迁入区和可能的虫源地。

国内外模拟昆虫迁飞轨迹都采用的是数值气象模式结合粒子扩散模型的方法，其发展大致经历了四个阶段。第一阶段：背景大气场时间跨度大，精度低，轨迹模拟局限于二维平面；第二阶段：背景大气场得到细化，精度得到提高，并开始进行三维轨迹模拟；第三阶段：采用新一代的精度更高的天气预报模式如WRF(The Weather ResearchandForecasting Model)、MM5(Fifth-Generation PSU/NCAR Mesoscale Model)等计算背景大气场。以上三个阶段中均将昆虫运动视为由风携带的无飞行能力的完全被动飞行，但研究表明，大部分昆虫在迁飞时能主动选择迁飞方向，并且昆虫自身可能存在一定的速度。针对上述问题，在第四阶段：轨迹模拟开始加入昆虫自身飞行特性，但目前研究中加入的昆虫的速度和头部朝向被设为固定值，且头部朝向常被设为正南或正北方向，而实际情况要比这复杂的多。同时在目前的轨迹模拟研究中，通常将雷达观测地作为轨迹模拟的起点，这是不够准确的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种面向昆虫迁飞起飞和巡航的远距离轨迹模拟方法。有助于更准确的预测昆虫迁飞的轨迹，并较准确的获得可能的迁入区，从而实现预警，降低昆虫突发性大规模迁飞造成的影响。

一种面向昆虫迁飞起飞和巡航的远距离轨迹模拟方法，根据背景大气场值确定昆虫起飞区域；根据雷达观测的昆虫轨迹速度和方向、以及已知的昆虫季节性偏好方向和定向飞行策略，获得昆虫自身速度大小和头部朝向；基于昆虫自身速度和头部朝向、背景大气场值和昆虫起飞区域，采用拉格朗日粒子扩散模型模拟昆虫迁飞轨迹，获得昆虫迁飞起飞和巡航的远距离轨迹。

较佳地，所述昆虫定向飞行策略包括被动顺风定向、主动顺风定向、罗盘偏移顺风定向、完全漂移定向、部分补偿定向、完全补偿定向、过补偿定向和上游定向。

较佳地，根据雷达观测的昆虫轨迹速度和方向、季节性偏好方向和昆虫定向飞行策略，获得所述获得昆虫自身速度和头部朝向的方法为：

当昆虫为被动顺风定向时，V_α＝0，α＝0；

当昆虫为主动顺风定向和完全漂移定向时，昆虫头部朝向始终固定为风向及季节性偏好方向，即：α＝pmd；根据下式(1-1)获得所述获得昆虫自身速度：