KR101731077B1 - Spherical high order filter for applications to global meteorological data and Method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구면좌표계 기상자료를 위한 연산의 효율을 높이고 계산의 정확도를 높일 수 있도록 한 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 구면좌표계의 전지구 영역 또는 섹터 영역의 크기를 설정하는 경계조건 설정 모듈;경계조건 설정에 의한 영역에 대응하는 격자자료를 경도 방향에 대하여 스펙트럴법을 이용하여 이산화하는 경도 방향 이산화 모듈;경계조건 설정에 의한 영역에 대응하는 격자자료를 위도 방향에 대하여 일차, 이차 미분을 하여 유한차분법으로 이산화하는 위도방향 FDM 이산화 모듈;고차 필터 방정식의 이산화를 수행하는 고차 필터방정식 이산화 모듈;을 포함하는 것이다.The present invention relates to a spherical coordinate system higher order FFDM filtering system for precursor meteorological data and to a control method thereof for enhancing computation efficiency and accuracy of calculation for spherical coordinate system weather data, A boundary condition setting module for setting a boundary condition, a hardness direction discretization module for discretizing grid data corresponding to an area by boundary condition setting using the spectral method with respect to the hardness direction, A directional FDM discretization module for discretizing a first order and a second derivative with respect to a direction, and a higher order filter equation discretization module for performing discretization of a higher order filter equation.
Description
본 발명은 디지털 필터링에 관한 것으로, 구체적으로 구면좌표계 기상자료를 위한 연산의 효율을 높이고 계산의 정확도를 높일 수 있도록 한 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a spherical coordinate system higher order FFDM filtering system for precursor meteorological data, which can increase the efficiency of calculation for spherical coordinate system weather data and increase the accuracy of calculation, and a control method thereof.
최근 기상과 기후 등과 같은 영역에서 처리되어야 할 영상자료가 방대해지고 있으며, 이러한 자료를 빠른 속도로 처리해야 하는 경우가 많아지고 있다.Recently, the image data to be processed in the fields such as weather and climate are becoming widespread, and it is becoming increasingly necessary to process such data at a high speed.
이에 따라, 3차원 공간 자료처리용 디지털 필터링 방법은 점차 정확성을 유지하면서도 빠른 처리 속도가 요구되고 있다.Accordingly, the digital filtering method for three-dimensional spatial data processing is required to have a high processing speed while maintaining accuracy.
이러한 3차원 공간 자료처리용 디지털 필터링 방법은 구면에서는 르장드르(Legendre)함수를 기저함수로 사용하는 르장드르스펙트럴법(Legendre spectral method)이 일반적으로 많이 사용된다.The digital filtering method for three-dimensional spatial data processing generally uses the Legendre spectral method which uses the Legendre function as a basis function in the spherical surface.
그러나 자료의 해상도가 커지면 처리속도(계산의 효율성)가 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 단점을 해결하기 위해 르장드르스펙트럴법을 대체할 수 있는 이중 푸리에스펙트럴법(Double Fourier Series(DFS) spectral method)이 개발되어 기상, 기후 및 지구과학분야에서 사용되고 있다.However, as the resolution of the data increases, the processing speed (computation efficiency) deteriorates. In order to overcome these disadvantages, a double Fourier series (DFS) spectral method has been developed and is being used in the field of weather, climate and earth science.
미분방정식의 해를 구하는 방법중의 하나인 스펙트럴법에서는 임의의 함수를 경계조건으로 만족하는 기저함수(Basis Function)의 급수로 전개하고 공간미분은 기저함수의 미분으로 나타낸다.In spectral method, which is one of the methods of solving differential equations, an arbitrary function is expanded into a series of basis functions satisfying the boundary condition, and the spatial derivative is represented by the derivative of the basis function.
스펙트럴법은 다른 방법, 예를 들어, 유한차분법(Finite Difference Mehod) 등과 비교하여 정확도가 높으며 비선형항의 계산에 있어서도 높은 효율성을 거의 그대로 유지한다.The spectral method has high accuracy compared with other methods, for example, Finite Difference Mehod and the like, and maintains high efficiency almost in the calculation of nonlinear terms.
이와 같은 장점에 의해 현재 각국의 대부분의 일기예보모델과 기후모델에서는 스펙트럴법이 사용되고 있다.Because of these advantages, spectral methods are being used in most weather forecast models and climate models in each country at present.
하지만, 종래 기술의 이중 후리에 급수 스펙트럴법을 이용한 구면좌표계상의 섹터영역에 대한 디지털 필터는 계산의 정확도가 높은 장점이 있지만, 격자의 개수 혹은 자유도가 증가함에 따라 계산시간이 많이 소요되는 단점이 있다.However, the digital filter for the sector region on the spherical coordinate system using the double-Fourier series spectral method of the prior art has a high accuracy of calculation, but it has a drawback in that it takes a long calculation time as the number of gratings or degrees of freedom increases .
또한, 유한차분법과 유한요소법을 이용한 디지털 필터는 계산시간은 적게 소요되지만 계산의 정확도가 낮은 단점이 있다.In addition, the digital filter using finite difference method and finite element method has a short computation time but low computational accuracy.
따라서, 구면좌표계 기상자료를 위한 연산의 효율을 높이고 계산의 정확도를 높일 수 있도록 한 새로운 필터링 시스템에 관한 기술 개발이 요구되고 있다.Therefore, it is required to develop a new filtering system that can improve the efficiency of calculation for the spherical coordinate system weather data and improve the accuracy of calculation.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 3차원 공간 자료처리용 디지털 필터링 방법의 문제를 해결하기 위한 것으로, 구면좌표계 기상자료를 위한 연산의 효율을 높이고 계산의 정확도를 높일 수 있도록 한 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problem of the digital filtering method for three-dimensional spatial data processing of the related art, the present invention provides a spherical coordinate system A coordinate system higher order FFDM filtering system and a control method thereof.
본 발명은 구면 고차 필터를 위경도 격자체계에서 후리에-유한차분법(FFDM)을 적용하여 계산의 정확도를 극대화하고, 로스비-하우어비츠 파동과 기상자료에 응용할 수 있도록 한 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a method for maximizing the accuracy of computation by applying a spherical higher order filter in a radar-finite difference method (FFDM) in a radial lattice system and for precise meteorological data for application to Ross Beau- A spherical coordinate system higher order FFDM filtering system and a control method thereof.
본 발명은 구면좌표계 전구기상자료에 필터를 적용하는 것으로 오각대각행렬을 처리하여 계산의 정확도를 높일 수 있도록 한 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a spherical coordinate system higher order FFDM filtering system and a control method thereof for a precursor meteorological data which can improve the accuracy of calculation by processing a pentagonal diagonal matrix by applying a filter to the spherical coordinate system global meteorological data .
본 발명은 RMSE(Root Mean Square Error) 특성이 해상도(동서방향격자수 M) 에 따라 다양하게 나타나고, FFEM(Fourier Finite Element Method)에 비하여 오차를 줄일 수 있도록 한 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM(Fourier Finite Difference Method) 필터링 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a spherical coordinate system high-order FFDM (Fourier Transform Element) for precursor meteorological data in which an RMSE (Root Mean Square Error) characteristic varies according to resolution (the number of grid elements in the east-west direction) (Fourier Finite Difference Method) filtering system and a control method thereof.
본 발명은 구면좌표계 기상자료를 위한 고성능 연산효율의 FFDM 필터링 시스템 및 이를 이용한 필터링 방법을 구현하여 환경 기상 분야뿐만 아니라 다양한 분야에 적용될 수 있도록 한 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a sophisticated computation-efficient FFDM filtering system for spherical coordinate system weather data and a filtering method using the same, and a spherical coordinate system high-order FFDM filtering system and its control for precise meteorological data applicable to various fields as well as environmental meteorological fields The purpose of the method is to provide.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템은 구면좌표계의 전지구 영역 또는 섹터 영역의 크기를 설정하는 경계조건 설정 모듈;경계조건 설정에 의한 영역에 대응하는 격자자료를 경도 방향에 대하여 스펙트럴법을 이용하여 이산화하는 경도 방향 이산화 모듈;경계조건 설정에 의한 영역에 대응하는 격자자료를 위도 방향에 대하여 일차, 이차 미분을 하여 유한차분법으로 이산화하는 위도방향 FDM 이산화 모듈;고차 필터 방정식의 이산화를 수행하는 고차 필터방정식 이산화 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, a spherical coordinate system high-order FFDM filtering system for a precursor vapor phase data according to the present invention includes a boundary condition setting module for setting a size of a global area or a sector area of a spherical coordinate system, A longitudinal direction discretization module that discretizes lattice data by the spectral method with respect to the direction of hardness, and a latitudinal direction FDM which discretes the lattice data corresponding to the region by the boundary condition setting by the finite difference method with the first and second differentiation to the latitude direction A discretization module, and a higher order filter equation discretization module that performs discretization of higher order filter equations.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 방법은 구면좌표계의 전지구 영역 또는 섹터 영역의 크기를 설정하는 경계조건 설정 단계;경계조건 설정에 의한 영역에 대응하는 격자자료를 경도 방향에 대하여 스펙트럴법을 이용하여 이산화하는 경도 방향 이산화 단계;경계조건 설정에 의한 영역에 대응하는 격자자료를 위도 방향에 대하여 일차, 이차 미분을 하여 유한차분법으로 이산화하는 위도방향 FDM 이산화 단계;헬름홀츠 방정식 이산화 및 고차 헬름홀츠 방정식 이산화를 하여 고차 필터 방정식의 이산화를 수행하는 고차 필터방정식 이산화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a spherical coordinate system high-order FFDM filtering system for a global warming data according to the present invention, the method comprising the steps of: setting a size of a global area or a sector area of a spherical coordinate system; A longitude discretization step of discretizing the corresponding lattice data by the spectral method with respect to the longitudinal direction; a latitude and longitude direction which discretizes the lattice data corresponding to the region by the boundary condition setting by the finite difference method A directional FDM discretization step, and a higher order filter equation discretization step, which performs discretization of the higher order filter equation by performing Helmholtz equation discretization and higher order Helmholtz equation discretization.
이와 같은 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The spherical coordinate system higher order FFDM filtering system and the control method thereof for the precursor vapor phase data according to the present invention have the following effects.
첫째, 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링에 위해 구면좌표계 기상자료를 위한 연산의 효율을 높이고 계산의 정확도를 높일 수 있다.First, for high - order FFDM filtering of Spherical Coordinate System for global meteorological data, it is possible to increase the efficiency of calculation for Spherical Coordinate System and to improve the accuracy of calculation.
둘째, 구면 고차 필터를 위경도 격자체계에서 후리에-유한차분법(FFDM)을 적용하여 계산의 정확도를 극대화하고, 로스비-하우어비츠 파동과 기상자료에 응용할 수 있다.Second, the accuracy of the calculation can be maximized by applying the sophisticated difference filter (FFDM) in the radar grid system, and it can be applied to the Ross-Beauwitz wave and weather data.
셋째, 구면좌표계 전구기상자료에 필터를 적용하는 것으로 오각대각행렬을 처리하여 계산의 정확도를 높일 수 있다.Third, the accuracy of the calculation can be improved by processing the pentagonal diagonal matrix by applying a filter to the spherical coordinate system global meteorological data.
넷째, RMSE(Root Mean Square Error) 특성이 해상도(동서방향격자수 M) 에 따라 다양하게 나타나고, FFEM(Fourier Finite Element Method)에 비하여 오차를 줄일 수 있다.Fourth, the Root Mean Square Error (RMSE) characteristics vary depending on the resolution (the number of lattice elements in the east-west direction), and errors can be reduced compared to the FFEM (Fourier Finite Element Method).
다섯째, 구면좌표계 기상자료를 위한 고성능 연산효율의 FFDM 필터링 시스템 및 이를 이용한 필터링 방법을 구현하여 환경 기상 분야뿐만 아니라 다양한 분야에 응용이 가능하다.
Fifth, the FFDM filtering system with high performance computing efficiency for the spherical coordinate system weather data and the filtering method using it can be applied to various fields as well as the environmental weather field.
도 1은 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 과정을 나타낸 플로우 차트
도 3은 후리에계수의 극조건을 나타낸 그래프
도 4는 동서파수 4의 로스비하우어비츠 파동의 (a)기본장, (b)고차필터의 해석해로부터 계산된 결과, (c)FFDM 디지털 필터의 결과, (d)FFEM 디지털 필터의 결과를 나타낸 구성도
도 5는 필터링 규모에 따른 500hPa 지오포텐셜 고도를 나타낸 구성도
도 6은 열대저기압 할롱(HALONG)의 발달 과정에서 500hPa 지오포텐셜 고도장과 속도장을 나타낸 구성도1 is a schematic diagram of a spherical coordinate system high-order FFDM filtering system for the meteorological data according to the present invention
FIG. 2 is a flow chart illustrating a control process of a spherical coordinate system high-order FFDM filtering system for precursor meteorological data according to the present invention, in accordance with the present invention.
Fig. 3 is a graph showing the pole conditions of the coefficient of freedom
Fig. 4 shows the result of the FFDM digital filter, (d) the result of the FFEM digital filter, (b) the result of calculation from the analysis of the higher order filter, (c) Diagram
5 is a diagram showing a 500 hPa geopotential altitude according to the filtering scale
Fig. 6 shows a schematic diagram showing a 500 hPa geopotential high-speed coating and a velocity field during development of a tropical cyclone HALONG
이하, 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a spherical coordinate system higher order FFDM filtering system and a control method thereof for the precursor vapor phase data according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The features and advantages of the spherical coordinate system higher order FFDM filtering system and the control method thereof for the precursor vapor data according to the present invention will be apparent from the following detailed description of each embodiment.
도 1은 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 구성도이다.FIG. 1 is a block diagram of a spherical coordinate system high-order FFDM filtering system for precursor vapor phase data according to the present invention.
그리고 도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 과정을 나타낸 플로우 차트이다.And FIG. 2 is a flowchart illustrating a control process of a spherical coordinate system high-order FFDM filtering system for precursor meteorological data according to the present invention.
본 발명은 구면 고차 필터를 위경도 격자체계에서 후리에-유한차분법(FFDM)을 적용하여 계산의 정확도를 극대화하고, 오각대각행렬을 처리하여 계산의 정확도를 높일 수 있도록 한 것이다.The present invention maximizes the accuracy of computation by applying a sophisticated difference filter (FFDM) in a radial lattice system and increases the accuracy of computation by processing a pentagonal diagonal matrix.
구면상에서 등방적으로 날카롭게 컷오프(cut-off) 필터링이 가능한 고차 라플라시안-타입 필터는 기상자료를 처리함에 있어 필수적이다.Higher order Laplacian-type filters capable of isotropically sharp cut-off filtering on the spherical surface are essential for processing weather data.
구면좌표계 라플라시안 연산자를 이산화하여 격자자료를 처리하는 방법 중 갤러킨법과 유한차분법이 매우 광범위하게 사용된다.The Galerkin method and the finite difference method are widely used among the methods of discretizing the Laplacian operator by the spherical coordinate system and processing the lattice data.
본 발명에 따른 고차 필터는 헬름홀츠(Helmholtz) 방정식의 역산에 의해 수행되고, 스펙트럴법과 유한차분법을 혼합하여 이산화하고 역산할 수 있으므로 고차 필터를 구축할 수 있다.The higher order filter according to the present invention is performed by the inverse of the Helmholtz equation, and the spectral method and the finite difference method can be mixed to perform the discretization and inversion, so that a higher order filter can be constructed.
이를 위한 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템은 도 1에서와 같이, 경계조건 설정 모듈(100)과, 경도 방향 이산화 모듈(200)과, 위도방향 FDM 이산화 모듈(300)과, 고차 필터방정식 이산화 모듈(400)을 포함한다.1, the boundary
여기서, 경계조건 설정 모듈(100)은 구면좌표계의 전지구 영역 또는 섹터 영역의 크기를 설정하기 위한 것이다.Here, the boundary
경계조건 설정 모듈(100)에 의해 설정되는 섹터 영역의 크기는, 동서 0°~ 360°의 일부분, 남북 -90°~ 90°의 일부분 또는 전체가 될 수 있다.The size of the sector area set by the boundary
그리고 경도 방향 이산화 모듈(200)은 스펙트럴법을 이용한 경도 방향 이산화를 위하여, 구면좌표계 라플라시안 연산을 수행하는 라플라시안 연산자 모듈(21)과, 구면좌표계의 고차 필터를 구성하는 헬름홀츠 방정식을 이용하여 변수 변환을 도입하는 변수 변환 모듈(22)과, 경도 함수를 후리에 급수 전개하는 후리에 급수 전개 모듈(23)과, 필터방정식 대입으로 후리에 계수에 대한 헬름홀츠 방정식 산출하여 이산화하는 필터방정식 대입 모듈(24)을 포함한다.The hardness
그리고 위도방향 FDM 이산화 모듈(300)은 일차 미분 모듈(31)과 이차 미분 모듈(32)을 포함하고, 유한 차분법을 이용한 위도 방향의 이산화를 위하여 남북의 영역을 N개의 격자 구간으로 분할하고, 일차, 이차 미분을 하여 4차 유한차분법으로 이산화하는 것이다.The latitudinal direction
그리고 고차 필터방정식 이산화 모듈(400)은 헬름홀츠 방정식 이산화 모듈(41)과 고차 헬름홀츠 이산화 모듈(42)을 포함하고, 고차 필터 방정식의 이산화를 위하여, 헬름홀츠 방정식 이산화 및 고차 헬름홀츠 방정식 이산화를 수행하는 것이다.The higher order filter
본 발명에 따른 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 과정은 다음과 같다.The control process of the spherical coordinate system high-order FFDM filtering system for the precursor meteorological data according to the present invention is as follows.
도 2에서와 같이, 구면좌표계의 전지구 영역 또는 섹터 영역의 크기를 설정하는 경계조건 설정 단계(S201)와, 스펙트럴법을 이용한 경도 방향 이산화를 위하여, 구면좌표계 라플라시안 연산을 수행하는 라플라시안 연산 단계(S202)와, 구면좌표계의 고차 필터를 구성하는 헬름홀츠 방정식을 이용하여 변수 변환을 도입하는 변수변환 단계 및 경도 함수를 후리에 급수 전개하는 후리에급수 전개 단계(S203)와, 필터방정식 대입으로 후리에 계수에 대한 헬름홀츠 방정식 산출하여 이산화하는 필터방정식 대입 단계(S204)와, 유한 차분법을 이용한 위도 방향의 이산화를 위하여 남북의 영역을 N개의 격자 구간으로 분할하고(S205), 일차, 이차 미분을 하여 4차 유한차분법으로 이산화하는 위도방향 FDM 이산화 단계(S206)와, 고차필터 방정식의 이산화를 위하여, 헬름홀츠 방정식 이산화 및 고차 헬름홀츠 방정식 이산화를 수행하는 고차필터 방정식 이산화 단계(S207)를 포함한다.A boundary condition setting step (S201) of setting a size of a global area or a sector area of the spherical coordinate system, as shown in FIG. 2, and a Laplacian computing step S202 for performing a spherical coordinate system Laplacian calculation for longitudinal direction discretization using the spectral method A variable transformation step of introducing a variable transformation using a Helmholtz equation constituting a high-order filter of a spherical coordinate system, a freezing element expansion step (S203) of expanding a hardness function to a freezing function, and a freezing coefficient (S204), and divides the north-south region into N grid regions (S205) for the purpose of discretization in the latitudinal direction using the finite difference method For the discretization of the higher order filter equations and the latitudinal direction FDM discretization step (S206), which is discretized by the difference finite difference method, And a high order filter equation dioxide step (S207) of performing a high-order equation and the Helmholtz equation dioxide dioxide.
구체적으로 스펙트럴법을 이용한 경도 방향 이산화 과정을 설명하면 다음과 같다.Specifically, the description of the longitudinal direction discretization process using the spectral method is as follows.
구면좌표계 라플라시안 연산자는 수학식 1에서와 같다.The Sphere Coordinate System Laplacian operator is as shown in Equation (1).
여기서, λ와 θ는 각각 경도와 위도를 나타내며, 구면좌표계의 고차 필터를 구성하는 헬름홀츠(Helmholtz) 방정식은 수학식 2에서와 같이 정리할 수 있다.Here,? And? Represent the longitude and latitude, respectively, and the Helmholtz equation constituting the high-order filter of the spherical coordinate system can be summarized as in Equation (2).
여기서, ψ와 F는 각각 구면에서 정의되는 적분 가능한 함수이다.Here, ψ and F are integrable functions defined in spherical surfaces, respectively.
수학식 1은 위도와 경도에 따라 분리된 이차 미분연산자로 구성되므로 변수 분리를 이용하여 계산이 가능하다.Since equation (1) is composed of a second order differential operator that is separated according to latitude and longitude, calculation using variable separation is possible.
그리고 경도방향으로 주기성을 가질 때, 경도의 함수를 다음과 같이 후리에급수로 전개 할 수 있다.And when we have a periodicity in the direction of hardness, we can develop a function of hardness as a series of degrees as follows.
여기서, m은 동서 파수. Re[*]는 *의 실수부, 그리고 은 복소수형태의 후리에계수를 나타낸다.Where m is the western and wavenumber. Re [*] is the real part of *, and Represents the Fourier coefficient in complex form.
이를 수학식 2에 대입하면, 후리에계수에 대한 헬름홀츠(Helmholtz) 방정식을 산출할 수 있다.Substituting this into equation (2), a Helmholtz equation for the Fourier coefficients can be calculated.
θ=±π/2에서 cosθ=0이므로 수학식 4의 cosθ로 나누는 항은 극에서 특이성을 일으키게 되는데, 이는 에 따라 결정된다.Since cos θ = 0 at θ = ± π / 2, the term divided by cos θ in Equation (4) causes a singularity at the pole, .
m=0의 경우 수학식 4는 위도만의 함수이고, 아래의 성질에 따라 극에서 특이성을 피할 수 있다.Equation 4 is a function of latitude only if m = 0 and singularity can be avoided in the pole according to the following properties.
등간격 격자자료가 주어지면,후리에계수는 극 주변에서 으로 적용되며 수학식 6에서와 같은 관계를 나타낸다.Given the equidistant grid data, And the relationship as shown in Equation (6) is shown.
따라서, m ≥ 2에서 극 특이성은 사라지고, m=1일 때, 수학식 6을 만족하지 않기 때문에 극 특이성이 나타나지 않는다.Thus, the pole singularity disappears at m ≥ 2, and when m = 1, the pole singularity does not appear because the equation (6) is not satisfied.
그리고 유한 차분법을 이용한 위도 방향의 이산화 과정을 설명하면 다음과 같다.The discretization of the latitude direction using the finite difference method is described as follows.
변수변환된 라플라시안 연산자는 다음과 같다.The transformed Laplacian operator is as follows.
여기서, x=sinθ이고,Here, x = sin &thetas;
여기서,m = 0, odd, even (m > 0)에 대하여 k=O, 1, 2 가 된다.Here, k = 0, 1, 2 for m = 0, odd, even (m >
수학식 7의 cosθ로 나누는 항은 수학식 6을 적용하여 다음과 같이 재구성 한다.The term divided by cos? In Equation (7) is rearranged as Equation (6) as follows.
극에서, 수학식 9는 다음과 같이 정리할 수 있다.In the pole, equation (9) can be summarized as follows.
유한차분법을 적용하여 이산화하기 위하여 남북의 영역을 N개의 격자구간으로 분할하고, 극을 포함하여 전구는 2N*(N+1) 개의 격자점으로 구성된다.In order to realize discretization by applying the finite difference method, the region of north and south is divided into N lattice sections, and the light bulb including the poles consists of 2N * (N + 1) lattice points.
수학식 9는 일차, 이차 미분이 다음과 같이 주어지는 4차 유한차분법으로 이산화된다.Equation (9) is discretized by a quadratic finite difference method in which the first and second derivatives are given as follows.
여기서, d(=π/N)는 라디안으로 격자 간격을 나타내고, j(= 0,1,2,3,...,N)는 과 같이 격자 인덱스(index)를 의미한다.Where d (= π / N) represents the lattice spacing in radians and j (= 0, 1, 2, 3, ..., N) And a grid index (index).
미분을 성공적으로 수행하기 위해서는 극에서 두 개의 쉐도우 포인트(shadow point)가 필요하다.()To perform a derivative successfully, you need two shadow points at the pole. ( )
도 3은 후리에계수의 극조건을 나타낸 그래프이다.Fig. 3 is a graph showing the pole condition of the coefficient of freedom.
이 조건을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.This condition can be expressed by the following equation.
수학식 10의 미분을 수학식 4와 수학식 8에 적용하여 선형 대수방정식을 행렬 방정식으로 나타낼 수 있다.The derivatives of Equation (10) can be applied to Equation (4) and Equation (8) to express a linear algebraic equation as a matrix equation.
이산 라플라시안 연산자와 관련된 행렬은 오각 대각행렬이며, 수학식 4의 헬름홀츠 방정식은 다음의 수학식 13에서와 같이 행렬 방정식으로 나타낼 수 있다.The matrix related to the discrete Laplacian operator is a pentagonal diagonal matrix, and the Helmholtz equation of Equation (4) can be expressed by a matrix equation as shown in Equation (13).
여기서, I,D 와 F는 칼럼과 열의 크기가 N+1인 단위행렬, 이산 라플라시안 연산자 행렬 [size of (N+1)*(N+1)], 그리고 forcing function과 관련된 칼럼벡터이다.Here, I, D and F are column vectors related to a unit matrix having a column and column size N + 1, a discrete Laplacian operator matrix [size of (N + 1) * (N + 1)], and a forcing function.
주어진 함수 ψ에 대해 차수 q의 구면고차필터는 다음과 같다.For a given function ψ, the spheric higher order filter of degree q is:
여기서, *은 필터가 적용된 항수를 의미한다.Here, * denotes a constant to which the filter is applied.
수학식 13은 복소계수로 구성된 다중 헬름홀츠 방정식으로 나눠지고, 필터는 헬름홀츠 방정식의 연속적인 역산으로 수행된다.Equation (13) is divided into multiple Helmholtz equations composed of complex coefficients, and the filter is performed with successive inversion of the Helmholtz equation.
이와 같은 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법은 구면좌표계 전구기상자료에 필터를 적용하는 것으로 오각 대각행렬을 처리하여 계산의 정확도를 높일 수 있다.In the spherical coordinate system high-order FFDM filtering system and the control method thereof, the filter is applied to the spherical coordinate system global meteorological data, and the accuracy of the calculation can be improved by processing the pentagonal diagonal matrix.
로스비-하우어비츠 파동에 본 발명에 따른 필터를 적용하여 이론치와의 차이인 RMSE(Root Mean Square Error)를 나타내었으며, 동시에 FFEM 디지털 필터의 결과와 비교하여 표1에 나타내었다.The Root Mean Square Error (RMSE), which is the difference from the theoretical value, is shown by applying the filter according to the present invention to the Ross-Beauwitz wave, and is shown in Table 1 in comparison with the results of the FFEM digital filter.
표 1은 동서 파수 4의 로스비-하우어비츠 파동의 오차를 나타낸 것으로, M은 동서방향 격자수이며. FFDM과 FFEM의 각각의 RMSE를 나타낸다.Table 1 shows the error of the Ross-Beauwitz waves at the east-west wavenumber 4, where M is the number of grids in the east-west direction. And RMSE of each of FFDM and FFEM.
해상도(동서방향 격자수 M)에 따라, RMSE는 까지 다양하게 나타나고, FFDM의 오차는 해상도에 따라 FFEM의 오차보다 더 작게 나타나는 것을 알 수 있다.Depending on the resolution (east-west direction grid number M), RMSE is And the error of the FFDM is smaller than the error of the FFEM according to the resolution.
본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법을 적용한 로스비-하우어비츠 파동의 필터링에 대하여 설명하면 다음과 같다.The filtering of the Ross-Beauwitz wave using the spherical coordinate system high-order FFDM filtering system and the control method thereof for the meteorological data according to the present invention will be described as follows.
도 4는 동서파수 4의 로스비-하우어비츠 파동의 (a)기본장, (b)고차필터의 해석해로부터 계산된 결과, (c)FFDM 디지털 필터의 결과, (d)FFEM 디지털 필터의 결과를 나타낸 구성도이다.Fig. 4 shows the results of the FFDM digital filter, (d) the results of the FFEM digital filter, (b) the result of calculation from the analysis of the higher order filter, Fig.
으로 표현되는 동서파수 4의 로스비-하우어비츠 파동을 필터에 적용하였다. And the Ross-Beauwitz waves of east-west wave number 4 are applied to the filter.
로스비-하우어비츠 파동은 라플라시안 연산자의 고유해법 중 하나이므로 고차 필터의 해석해는 다음과 같다.The Rossby-Hauer-Witz wave is one of the unique solutions of the Laplacian operator, so the interpretation solution of the higher-order filter is as follows.
필터링은 N=180과 γ=1/(20×21)4으로 수행되었으며, 그 결과를 FFEM 디지털 필터의 결과와 함께 비교하여 도 4에 나타내었다. 결과는 육안상 차이가 거의 나타나지 않음을 알 수 있다.The filtering was performed with N = 180 and γ = 1 / (20 × 21) 4 , and the results are compared with the results of the FFEM digital filter and shown in FIG. The results show that there is almost no visual difference.
그리고 전구 기상자료의 평활화를 설명하면 다음과 같다.The smoothing of the meteorological data is as follows.
필터의 계수 γ는 주어진 자료를 정해진 규모보다 작은 규모와 큰 규모로 나누는 기준이 된다.The coefficient γ of the filter is a criterion for dividing the given data into smaller scale and larger scale.
정해진규모인 Nf는 으로 계수를 설정한다.The predetermined scale, N f , .
도 5는 필터링 규모에 따른 500hPa 지오포텐셜 고도를 나타낸 구성도이다.FIG. 5 is a diagram showing a 500-hPa geopotential altitude according to the filtering scale.
도 5는 2015년 1월 1일 관측된 지오포텐셜 고도를 필터에 적용한 결과로 Nf는 10,20,30의 3가지의 경우에 대하여 결과를 비교하였다.Figure 5 compares the results for the three cases of N f 10 , 20, and 30 as a result of applying the observed geopotential altitude on January 1, 2015 to the filter.
Nf값에 따라 환경장과 요란장의 진폭이 달라진다.The amplitude of the environmental field and the turbulence field varies with the value of N f .
그리고 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법을 태풍예측모델의 초기화에 적용한 일 예를 설명하면 다음과 같다.An example of applying the spherical coordinate system higher order FFDM filtering system and the control method thereof to the initialization of the hurricane prediction model will be described as follows.
도 6은 열대저기압 할롱(HALONG)의 발달 과정에서 500hPa 지오포텐셜 고도장과 속도장을 나타낸 구성도이다.FIG. 6 is a view showing a 500 hPa geopotential high-speed coating and a velocity field during development of a tropical cyclone HALONG.
태풍예측모델의 초기화 과정에서 전구 관측장으로부터 환경장을 분리하여 계산을 수행하는데, 이 과정에서 고차 필터가 적용된다.In the initialization process of the prediction model of the typhoon, the environmental field is separated from the global observation field and the calculation is performed. In this process, a higher order filter is applied.
도 6은 열대저기압 할롱(HALONG)이 태평양 북서쪽에서 발달하는 때인 2014년 8월 11의 관측자료를 필터에 적용한 결과이다.Fig. 6 shows the result of applying the observation data of August 11, 2014, when the tropical cyclone Halong (HALONG) developed in the Pacific Northwest, to the filter.
환경장과 열대저기압 규모를 포함하는 요란장을 정확하게 분리하였으며, FFDM 디지털 필터의 결과와 비교할 수 있다.The turbulence fields including the environmental field and the tropical cyclone scale are accurately separated and compared with the results of the FFDM digital filter.
도 6의 (a)는 지오포텐셜 고도의 환경장, (b)는 열대 저기압 규모의 요란이고,(c)와 (d)는 속도장인 것을 제외하고 (a),(b)와 동일하다.Fig. 6 (a) is the environmental field at the geopotential altitude, (b) is the turbulence of the tropical cyclone scale, and (c) and (d) are the same as (a) and (b) except the velocity field.
(e)는 FFEM 디지털 필터와 FFDM 필터로 계산된 종관규모 지오포텐셜 고도장의 차이이며 (f)는 속도장인 것을 제외하고 (e)와 동일하다.(e) is the difference between the synoptic geopotential altitudes calculated by the FFEM digital filter and the FFDM filter, and (f) is the same as (e) except that it is the velocity field.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템 및 그의 제어 방법은 구면 고차 필터를 위경도 격자체계에서 후리에-유한차분법(FFDM)을 적용하여 계산의 정확도를 극대화하고, 오각대각행렬을 처리하여 계산의 정확도를 높일 수 있도록 하여, RMSE(Root Mean Square Error) 특성이 해상도(동서방향격자수 M) 에 따라 다양하게 나타나고, FFEM(Fourier Finite Element Method)에 비하여 오차를 줄일 수 있도록 한 것이다.In the spherical coordinate system high-order FFDM filtering system and control method for the precursor meteorological data according to the present invention, the accuracy of the calculation is maximized by applying the spherical higher order filter to the gridded-degree grating system in the gridded-degree grating system (FFDM) (RMSE) characteristics vary according to the resolution (the number of lattice elements in the east-west direction) and the errors are compared with the FFEM (Fourier Finite Element Method). .
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.
100. 경계조건 설정 모듈 200. 경도방향 이산화 모듈
300. 위도방향 FDM 이산화 모듈 400. 고차필터 방정식 이산화 모듈100. Boundary
300. Latitude direction
Claims (18)
경계조건 설정에 의한 영역에 대응하는 격자자료를 경도 방향에 대하여 스펙트럴법을 이용하여 이산화하는 경도 방향 이산화 모듈;
경계조건 설정에 의한 영역에 대응하는 격자자료를 위도 방향에 대하여 일차, 이차 미분을 하여 유한차분법으로 이산화하는 위도방향 FDM 이산화 모듈;
고차 필터 방정식의 이산화를 수행하는 고차 필터방정식 이산화 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템.A boundary condition setting module for setting a size of a global area or a sector area of the spherical coordinate system;
A hardness direction discretization module for discretizing lattice data corresponding to a region by boundary condition setting using a spectral method with respect to the hardness direction;
A latitudinal direction FDM discretization module which discretizes lattice data corresponding to a region by boundary condition setting by a finite difference method with a first order and a second differentiation with respect to a latitude direction;
And a higher order filter equation discretization module for performing discretization of the higher order filter equations. ≪ RTI ID = 0.0 > A < / RTI >
구면좌표계 라플라시안 연산을 수행하는 라플라시안 연산자 모듈과,
구면좌표계의 고차 필터를 구성하는 헬름홀츠 방정식을 이용하여 변수 변환을 도입하는 변수 변환 모듈과,
경도 함수를 후리에 급수 전개를 하는 후리에 급수 전개 모듈과,
필터방정식 대입으로 후리에 계수에 대한 헬름홀츠 방정식 산출하여 이산화하는 필터방정식 대입 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템.2. The method of claim 1, wherein the hardness direction discretization module is configured for longitudinal direction discretization using a spectral method,
A Laplacian operator module for performing a spherical coordinate system Laplacian operation,
A variable transformation module for introducing a variable transformation using a Helmholtz equation constituting a higher order filter of a spherical coordinate system;
A freeze water development module for performing a hard water function expansion in the freezing water series,
And a filter equation substitution module for calculating and discretizing the Helmholtz equation for the Fourier coefficient by substituting the filter equation into a spherical coordinate system higher order FFDM filtering system for the global warming data.
이고,
여기서, λ와 θ는 각각 경도와 위도이고,
구면좌표계의 고차 필터를 구성하는 헬름홀츠(Helmholtz) 방정식은,
이고,
여기서, ψ와 F는 각각 구면에서 정의되는 적분 가능한 함수인 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템.3. The apparatus of claim 2, wherein the Laplacian operator comprises:
ego,
Here,? And? Are longitude and latitude, respectively,
The Helmholtz equation, which constitutes a higher order filter of the spherical coordinate system,
ego,
Wherein the ψ and F are integrable functions defined in the spherical surface, respectively, for spherical coordinate system higher order FFDM filtering systems for precursor meteorological data.
후리에급수로 전개하고,
여기서, m은 동서 파수. Re[*]는 *의 실수부, 그리고 은 복소수형태의 후리에계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템.3. The method according to claim 2, wherein, when having a periodicity in a hardness direction,
And developed with a freezing water,
Where m is the western and wavenumber. Re [*] is the real part of *, and Characterized in that the Fourier coefficients of the complex form are represented by the Fourier coefficients of the spherical coordinate system.
으로 산출되고,
θ=±π/2에서 cosθ=0이므로 cosθ로 나누는 항은 극에서 특이성을 일으키게 되고 이는 에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템.3. The method of claim 2, wherein the Helmholtz equation for the Fourier coefficients is:
Lt; / RTI >
Since cos θ = 0 at θ = ± π / 2, the term dividing by cos θ causes singularity at the pole, Dimensional FFDM filtering system for spherical coordinate system for the precursor vapor phase data.
일차 미분 모듈과 이차 미분 모듈을 포함하고, 유한 차분법을 이용한 위도 방향의 이산화를 위하여 남북의 영역을 N개의 격자 구간으로 분할하고, 일차, 이차 미분을 하여 4차 유한차분법으로 이산화하는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템.The method of claim 1, wherein the latitudinal direction FDM discretization module comprises:
It consists of a first differential module and a second differential module. It divides the region of north and north into N lattice sections for finite discretization using finite difference method, and discretizes the first and second derivatives by quaternary finite difference method Spherical Coordinate System Higher Order FFDM Filtering System for Bulb Meteorological Data.
으로 4차 유한차분법으로 이산화되고,
여기서, d(=π/N)는 라디안으로 격자 간격을 나타내고, j(= 0,1,2,3,...,N)는 과 같이 격자 인덱스(index)를 의미하는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템.7. The method according to claim 6,
Which is discretized by quaternary finite difference method,
Where d (= π / N) represents the lattice spacing in radians and j (= 0, 1, 2, 3, ..., N) And a grid index (index) as shown in Equation (1). The spherical coordinate system higher order FFDM filtering system for the precursor meteorological data.
헬름홀츠 방정식 이산화 모듈과 고차 헬름홀츠 이산화 모듈을 포함하고, 고차 필터 방정식의 이산화를 위하여, 헬름홀츠 방정식 이산화 및 고차 헬름홀츠 방정식 이산화를 수행하는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템.The method of claim 1, wherein the higher order filter equation discretization module comprises:
A spherical coordinate system higher order FFDM filtering system for precursor meteorological data characterized by a Helmholtz equation discretization module and a higher order Helmholtz discretization module and performing the discretization of the Helmholtz equation discretization and the higher order Helmholtz equation for the discretization of higher order filter equations.
의 행렬 방정식으로 나타내고,
여기서, I,D 와 F는 칼럼과 열의 크기가 N+1인 단위행렬, 이산 라플라시안 연산자 행렬 [size of (N+1)*(N+1)], 그리고 forcing function과 관련된 칼럼벡터인 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템.9. The method of claim 8, wherein the matrix associated with the discrete Laplacian operator is a pentagonal diagonal matrix,
Lt; / RTI >
Here, I, D and F are column vectors related to a unit matrix having a column and column size N + 1, a discrete Laplacian operator matrix [size of (N + 1) * (N + 1)], Spherical Coordinate System Higher Order FFDM Filtering System for Bulb Meteorological Data.
이고,
여기서, *은 필터가 적용된 항수를 의미하고,
행렬 방정식은 복소계수로 구성된 다중 헬름홀츠 방정식으로 나눠지고, 필터는 헬름홀츠 방정식의 연속적인 역산으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템.10. The method of claim 9, wherein the spherical higher order filter of degree q for a given function < RTI ID = 0.0 >
ego,
Here, * denotes a constant to which the filter is applied,
Wherein the matrix equation is divided into multiple Helmholtz equations with complex coefficients, and the filter is performed with successive inversion of the Helmholtz equation.
경계조건 설정에 의한 영역에 대응하는 격자자료를 경도 방향에 대하여 스펙트럴법을 이용하여 이산화하는 경도 방향 이산화 단계;
경계조건 설정에 의한 영역에 대응하는 격자자료를 위도 방향에 대하여 일차, 이차 미분을 하여 유한차분법으로 이산화하는 위도방향 FDM 이산화 단계;
헬름홀츠 방정식 이산화 및 고차 헬름홀츠 방정식 이산화를 하여 고차 필터 방정식의 이산화를 수행하는 고차 필터방정식 이산화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 방법.A boundary condition setting step of setting a size of a global area or a sector area of the spherical coordinate system;
A hardness direction discretization step of discretizing the lattice data corresponding to the area by the boundary condition setting using the spectral method with respect to the hardness direction;
A latitudinal direction FDM discretization step of discretizing the lattice data corresponding to the area by the boundary condition setting by the finite difference method with the first and second differentiation for the latitude direction;
And a higher order filter equation discretization step in which the Helmholtz equation discretization and the higher order Helmholtz equation are discretized to perform discretization of the higher order filter equations. The method for controlling the spherical coordinate system higher order FFDM filtering system for precursor weather data.
구면좌표계 라플라시안 연산을 수행하는 단계와,
구면좌표계의 고차 필터를 구성하는 헬름홀츠 방정식을 이용하여 변수 변환을 도입하는 단계와,
경도 함수를 후리에 급수 전개를 하는 단계와,
필터방정식 대입으로 후리에 계수에 대한 헬름홀츠 방정식 산출하여 이산화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 방법.12. The method of claim 11,
Performing a spherical coordinate system Laplacian operation,
Introducing a variable transformation using a Helmholtz equation constituting a higher order filter of the spherical coordinate system;
Performing a hard water function expansion on the hardness function;
And calculating a Helmholtz equation for the Fourier coefficient by discretizing the filter equation and discretizing the filtered Helmholtz equation.
이고,
여기서, λ와 θ는 각각 경도와 위도이고,
구면좌표계의 고차 필터를 구성하는 헬름홀츠(Helmholtz) 방정식은,
이고,
여기서, ψ와 F는 각각 구면에서 정의되는 적분 가능한 함수인 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 방법.13. The method of claim 12, wherein the Laplacian operator comprises:
ego,
Here,? And? Are longitude and latitude, respectively,
The Helmholtz equation, which constitutes a higher order filter of the spherical coordinate system,
ego,
Wherein the ψ and F are integrable functions defined in the spherical surface, respectively, for controlling the spherical coordinate system higher order FFDM filtering system for the global meteorological data.
후리에급수로 전개하고,
여기서, m은 동서 파수. Re[*]는 *의 실수부, 그리고 은 복소수형태의 후리에계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 방법.13. The method according to claim 12, wherein, when having a periodicity in a hardness direction,
And developed with a freezing water,
Where m is the western and wavenumber. Re [*] is the real part of *, and Characterized in that the Fourier coefficients of the complex form are represented by the Fourier coefficients.
으로 산출되고,
θ=±π/2에서 cosθ=0이므로 cosθ로 나누는 항은 극에서 특이성을 일으키게 되고 이는 에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 방법.13. The method of claim 12, wherein the Helmholtz equation for the Fourier coefficients is:
Lt; / RTI >
Since cos θ = 0 at θ = ± π / 2, the term dividing by cos θ causes singularity at the pole, Wherein the step of determining the phase difference is performed according to the control method of the spherical coordinate system higher order FFDM filtering system for the precursor vapor phase data.
일차, 이차 미분이,
으로 4차 유한차분법으로 이산화되고,
여기서, d(=π/N)는 라디안으로 격자 간격을 나타내고, j(= 0,1,2,3,...,N)는 과 같이 격자 인덱스(index)를 의미하는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 방법.12. The method of claim 11, wherein in the latitudinal direction FDM discretization step,
Primary and secondary differentials,
Which is discretized by quaternary finite difference method,
Where d (= π / N) represents the lattice spacing in radians and j (= 0, 1, 2, 3, ..., N) And a grid index (index) as shown in Equation (1). The control method of the spherical coordinate system higher order FFDM filtering system for the global meteorological data.
이산 라플라시안 연산자와 관련된 행렬은 오각 대각행렬이며, 헬름홀츠 방정식은,
의 행렬 방정식으로 나타내고,
여기서, I,D 와 F는 칼럼과 열의 크기가 N+1인 단위행렬, 이산 라플라시안 연산자 행렬 [size of (N+1)*(N+1)], 그리고 forcing function과 관련된 칼럼벡터인 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 방법.12. The method of claim 11, wherein in the higher order filter equation discretization step,
The matrix associated with the discrete Laplacian operator is a pentagonal diagonal matrix, and the Helmholtz equation,
Lt; / RTI >
Here, I, D and F are column vectors related to a unit matrix having a column and column size N + 1, a discrete Laplacian operator matrix [size of (N + 1) * (N + 1)], Control Method of Spherical Coordinate System Higher Order FFDM Filtering System for Bulb Weather Data.
이고,
여기서, *은 필터가 적용된 항수를 의미하고,
행렬 방정식은 복소계수로 구성된 다중 헬름홀츠 방정식으로 나눠지고, 필터는 헬름홀츠 방정식의 연속적인 역산으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전구 기상자료를 위한 구면좌표계 고차 FFDM 필터링 시스템의 제어 방법.18. The method of claim 17, wherein the spherical higher order filter of degree q for a given function < RTI ID = 0.0 >
ego,
Here, * denotes a constant to which the filter is applied,
Wherein the matrix equation is divided into multiple Helmholtz equations consisting of complex coefficients and the filter is performed with successive inversion of the Helmholtz equation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150190408A KR101731077B1 (en) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | Spherical high order filter for applications to global meteorological data and Method for controlling the same |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100938656B1 (en) | 2008-09-22 | 2010-01-25 | 부경대학교 산학협력단 | Digital-filtering method for 3-dimensional space data processing |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100938656B1 (en) | 2008-09-22 | 2010-01-25 | 부경대학교 산학협력단 | Digital-filtering method for 3-dimensional space data processing |
KR100981983B1 (en) | 2009-09-09 | 2010-09-13 | 부경대학교 산학협력단 | Isotropy digital-filter with delicacy for processing sector data of spherical coordinate system |
KR101491022B1 (en) | 2014-01-28 | 2015-02-10 | 부경대학교 산학협력단 | Ffem-digital filtering system for grid data of spherical coordinate and method therefor |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117434606A (en) * | 2023-12-21 | 2024-01-23 | 中国海洋大学 | Seismic section denoising method based on improved Laplace filtering reverse time migration |
CN117434606B (en) * | 2023-12-21 | 2024-03-29 | 中国海洋大学 | Seismic section denoising method based on improved Laplace filtering reverse time migration |
WO2025131057A1 (en) * | 2023-12-21 | 2025-06-26 | 中国海洋大学 | Seismic profile denoising method based on improved laplace-filtered reverse time migration |
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