[发明专利]一种基于后向轨迹模式的探索城市大气污染物来源的方法

权利要求书

1.一种基于后向轨迹模式的探索城市大气污染物来源的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：研究数据的获取以及处理；

确定需要研究的时空范围，获取时空范围内的空气质量监测数据和气象数据；

对空气质量监测数据进行预处理；

S2：采用后向轨迹模型，结合气象数据，生成气团后向轨迹，根据气团轨迹发现目标城市污染物来源；

根据HYSPLIT后向轨迹模型，使用ERA5-Land再分析数据集，生成气团后向轨迹；

S3：检测出经过目标城市的气团后向轨迹，基于FP-growth算法，从气团后向轨迹中挖掘频繁污染源；

S4：基于空气质量数据和气团后向轨迹数据构建可视分析系统，从多个维度直观进行可视分析；

使用饼图和柱状图交互分析的方式展示，在查询的时间范围内，区域的空气质量时空分布特征；

地图直观展示在特定时间的气团后向轨迹，帮助用户快速识别污染物来源；

折线图展示在查询的时间范围内，污染物IAQI值随着时间的变化趋势。

2.根据权利要求1所述的一种基于后向轨迹模式的探索城市大气污染物来源的方法，其特征在于：在所述S1中，确定需要研究的城市为某市，时间范围为2019年1月1日至2019年12月31日，研究数据包括空气质量监测数据和ERA5-Land再分析数据集。

3.根据权利要求1所述的一种基于后向轨迹模式的探索城市大气污染物来源的方法，其特征在于：在所述S1中，对于空气质量监测数据缺失值，使用普通克里金插值算法进行处理。

4.根据权利要求1所述的一种基于后向轨迹模式的探索城市大气污染物来源的方法，其特征在于：

在所述S2中，针对风速未知点，根据半正矢公式计算权重，采用反距离权重IDW插值法进行求解。

5.根据权利要求1所述的一种基于后向轨迹模式的探索城市大气污染物来源的方法，其特征在于：

在所述S2中，基于后向轨迹模式生成气团后向轨迹，具体包括以下操作：

气团在t时刻的位置为其初始位置，计算气团在t+Δt时刻的位置，分为两步：

(1)根据初始位置P(t)的风速V(P，t)和时间步长Δt，求解出第一猜值点P′(t+Δt)的位置：

P′(t+Δt)＝P(t)+V(P，t)Δt

(2)根据第一猜值点处的风速，求解出终点P(t+Δt)坐标：

P(t+Δt)＝P(t)+0.5[丁(P，t)+V(P′，t+Δt)]Δt

(3)将终点位置P(t+Δt)为t+Δt时刻的初始位置，重复(1)、(2)两步，直到达到时间阈值或者超出研究的地理范围，轨迹计算结束。

6.根据权利要求1所述的一种基于后向轨迹模式的探索城市大气污染物来源的方法，其特征在于：在所述S4中，采用web开发技术构建可视分析系统，包括前后端两部分，前端采用React和D3.js可视分析技术，后端由Node.js结合MongoDB提供服务；从多个维度对结果进行分析，具体包括以下操作：

使用柱状图和饼图分别展示各个站点的受污染天数以及各站点各项污染物IAQI均值、目标城市的首要污染物占比及各个站点的首要污染物占比；平行坐标展示最大频繁项集，结合地图展示不同时间段内到达目标城市的气团后向轨迹，帮助用户直观了解污染物来源；折线图展示各项污染物随着时间的变化规律。