如何根据R中的U和V风分量计算风向

我有U和V风分量数据，我想从R中的这些值计算风向

我想以0-360度的风向数据结束，0°或360°表示北风，90°表示东风，180°表示南风，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

），但我不确信返回的角度是我想要的角度（即0°/360°表示吹向北方的风，90°表示吹向东方的风等等）

---

如能就我的方法是否正确以及如何正确获得所需的风向值提供建议，我将不胜感激。虽然很有帮助，但代码确实可以处理我的数据，而且我确信有一个更容易获得风向的方法。非常感谢

这有三个问题：

不能将米/秒转换为弧度。为了将风分量输入到

atan2

，必须对其进行规格化，但不能通过将m/s乘以

pi/180

（这样做是为了得到

u\u rad

和

v\u rad

）。你应该做一列绝对风速（

sqrt（u_-ms^2+v_-ms^2）

）并取

atan2（u_-ms/wind-abs，v_-ms/wind-abs）

。（还要注意，atan2首先使用y组件-确保这是您想要的）

atan2

将给出单位圆坐标的答案，单位圆坐标逆时针增加，x轴为零。您需要一个以基数坐标表示的答案，该坐标顺时针增加，y轴上有一个零。要将单位圆转换为基数坐标，必须从90减去单位圆角度

您必须知道风信息是指风的方向（基数坐标的标准）还是指风的方向（三角/矢量操作的标准）

如果给出了

u_-ms==-3.711

和

v_-ms=-1.471

（在单位圆上，它向下吹，稍微向左吹，因此它来自东北方向），则：

然后必须将该风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

然后必须将该角度从“三角”坐标转换为基数坐标：

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

---

虽然公认的答案有正确的想法，但也有缺陷。 如中所述，在u和v组件上使用

atan2

时，不需要对其进行规格化。 当

u==v==0

和

wind\u abs

变为0时，就会出现该漏洞。 在C#中，两个分区将返回无穷大（符合IEEE 754）并返回NaN。 当不规范化组件时，

atan2（0,0）

愉快地返回

0

。 因此，规范化不仅没有必要，而且还引入了错误

请注意，

atan2

最常见的函数签名是

atan2（y，x）

——Microsoft Excel是一个例外。

在Python中：

Dir=np.mod(180+np.rad2deg(np.arctan2(U, V)),360)

这导致[0,1]矢量的南风（180度）、[0，-1]矢量的北风（0度）、以及[1,1]矢量的西南风（225度）：

U
Out[86]: 
array([[ 0.  ],
       [ 0.  ],
       [ 1.  ],
       [-3.47]])

V
Out[87]: 
array([[ 1.  ],
       [-1.  ],
       [ 1.  ],
       [-1.47]])

np.mod(180+np.rad2deg(np.arctan2(U, V)),360)
Out[89]: 
array([[180.        ],
       [  0.        ],
       [225.        ],
       [ 67.04097233]])

---

@O先生：谢谢你的解释。这很有帮助。我的问题是，为什么你需要最后一步？我发现使用（270-（atan2（v_-ms，u_-ms）*（180/pi））%%360与上面的前两个步骤（即68.38）得到相同的结果。然而，270是否已经从单位圆转换为气象风向？（见附件）。我也在寻找风吹向（td）而不是从（fd）的方向。这可能是使用“ifelse（fd>180，fd-180，（fd-180）+360”获得的？谢谢。做

270-阿坦…

就足够了-我只是把它分为两个步骤来解释发生了什么（加上180从“到”改变，减去90的角度将三角改变为基数）。如果您正在查找风向，请跳过我添加180的步骤，或将

270-atan2…

替换为

90-atan2…

。非常感谢你的帮助！第1点。这当然是胡说八道；atan2（x，y）=根据定义，任何正a的atan2（ax，ay）（数值错误可能适用于较大的值，但在本用例中这是不可使用的）。此外，u和v不一定在EW-NS方向上；例如，许多数值模型将在其内部网格上输出它们（在不知道该网格定义的精确程度的情况下，它们无法轻松转换）。在您的示例中-u大于-v，因此您的风向应在45到90度之间（如果-u比-v变得非常大，我们应该有90度的风向）。我认为在你的例子中，68.38是正确的答案：我认为最后一步“90度-风向-角度”不应该发生

Dir=np.mod(180+np.rad2deg(np.arctan2(U, V)),360)

U
Out[86]: 
array([[ 0.  ],
       [ 0.  ],
       [ 1.  ],
       [-3.47]])

V
Out[87]: 
array([[ 1.  ],
       [-1.  ],
       [ 1.  ],
       [-1.47]])

np.mod(180+np.rad2deg(np.arctan2(U, V)),360)
Out[89]: 
array([[180.        ],
       [  0.        ],
       [225.        ],
       [ 67.04097233]])