r - 如何根据R中的U和V风分量计算风向

Question

我有U和V风分量数据，我想根据R中的这些值来计算风向。

我想得出的风向数据范围为0-360度，其中0°或360°表示向北吹来的风，90°表示向东吹来的风，180°表示向东吹来的风南风和270°表示西风。

以下是一些示例数据:

> dput(wind)
structure(list(u_ms = c(-3.711, -2.2417, -1.8188, -1.6164, -1.3941, 
-1.0682, -0.57611, -1.5698, -1.4976, -1.3537, -1.0901, -0.60403, 
-0.70812, -0.49045, -0.39849, 0.17875, 0.48356, 1.5082, 1.4219, 
2.5881), v_ms = c(-1.471, -1.6118, -1.6613, -1.7037, -1.7388, 
-1.8748, -1.8359, -1.6766, -1.6994, -1.7505, -1.4947, -0.96283, 
-1.1194, -0.6849, -0.7847, -0.80349, -0.19352, -0.97815, -1.0835, 
-0.81666), u_rad = c(-0.064769155, -0.039125038, -0.031744042, 
-0.028211496, -0.02433163, -0.018643603, -0.010055014, -0.027398173, 
-0.026138045, -0.023626517, -0.01902583, -0.01054231, -0.012359023, 
-0.008559966, -0.006954961, 0.003119775, 0.008439712, 0.02632305, 
0.024816831, 0.045170857), v_rad = c(-0.025673788, -0.028131211, 
-0.028995149, -0.029735168, -0.030347779, -0.032721426, -0.032042493, 
-0.029262184, -0.029660119, -0.030551982, -0.026087431, -0.01680455, 
-0.019537212, -0.011953758, -0.013695596, -0.014023543, -0.00337756, 
-0.017071935, -0.018910639, -0.014253403)), .Names = c("u_ms", 
"v_ms", "u_rad", "v_rad"), class = "data.frame", row.names = c(NA, 
-20L))

我已使用以下代码尝试获取风向(列 td)，但我不相信返回的角度就是我想要的角度(即0°/360°表示向北吹的风，90°表示向北吹的风风吹向东方，等等...)。

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

对于我的方法是否正确以及是否可以正确获得所需的风向值的任何建议，我将不胜感激。尽管 Calculating wind direction from U and V components of the wind using lapply or ifelse很有帮助，但是代码确实可以处理我的数据，并且我相信可以更容易地获得风向。非常感谢!

Answer 1

这有三个问题:

您无法将m/s转换为弧度。为了将风成分输入到atan2中，您必须对其进行规范化，但是您不能通过将m/s乘以pi/180(这样做是为了获得u_rad和v_rad)来实现的。您应该将一列绝对风速(sqrt(u_ms^2 + v_ms^2))设为atan2(u_ms/wind_abs, v_ms/wind_abs)。 (还请注意，atan2首先使用y分量-确保这就是您想要的)

atan2将以单位圆坐标为您提供答案，该坐标逆时针增加，并且在x轴上为零。您想要一个基数坐标的答案，该基数顺时针增加，并且在y轴上为零。要将单位圆转换为基数坐标，必须从90减去单位圆角。

您必须知道风信息是指风的方向(基本坐标的标准)还是风的方向(trig/vector操作的标准)

如果给出了 u_ms = = -3.711和 v_ms = -1.471(在单位圆上它朝下并向左稍微吹，所以它是从东北来的)，则:

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，您必须将此风向矢量转换为风向的气象惯例:

wind_dir_trig_from_degrees = wind_dir_trig_to_degrees + 180 ## 68.38 degrees

然后，您必须将该角度从“触发”坐标转换为基数坐标:

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