海洋流矢过程线与潮流玫瑰图绘制系统

资 源 简 介

本项目是一个专门用于海洋观测数据可视化的MATLAB工具箱，核心功能聚焦于潮流与海流数据的专业制图。系统能够高效处理离散的海洋流速和流向观测数据，自动生成符合学术论文标准的流矢过程线（Stick Plot）和潮流玫瑰图（Current Rose）。流矢过程线功能通过在时间轴上绘制矢量箭头，直观展示海流随时间的强度变化与旋转特性，支持自定义基线位置、矢量缩放比例以及颜色映射。潮流玫瑰图功能则通过对流速进行区间划分和对流向进行扇区统计，生成反映特定海域流向频率分布与流速等级分布的极坐标图，支持设置方向间隔、流

详 情 说 明

海洋流矢过程线与潮流玫瑰图绘制系统

项目介绍

本项目是一个专门用于海洋观测数据可视化的MATLAB工具箱，核心功能聚焦于潮流与海流数据的专业制图。该系统能够高效处理离散的海洋流速和流向观测数据，自动生成符合学术论文标准的流矢过程线和潮流玫瑰图。通过该系统，用户可以直观地分析海流随时间的强度变化、旋转特性以及特定海域的流向频率分布与流速等级分布。系统内置了完善的坐标转换逻辑，能够自动将数学坐标系转换为海洋地理坐标系（以北为0度，顺时针旋转），广泛适用于物理海洋学研究及近岸工程设计等场景。

功能特性

• 专业化矢量制图：支持绘制流矢过程线（Stick Plot），在时间轴上以矢量箭头形式展示海流动态，并配备红色标准比例尺。
• 多维度玫瑰图绘制：生成潮流玫瑰图（Current Rose），展示16个方位上的流速分级频率分布，支持叠加柱状图显示。
• 坐标系自动转换：内置坐标转换算法，可将东向（U）和北向（V）分量自动转换为符合海洋规范的地理方向。
• 自动化统计报告：系统自动计算并输出观测时长、最大流速、平均流速等核心动力环境指标。
• 高度定制化显示：支持自定义流速分级阈值（如0-0.2, 0.2-0.4m/s等）以及时间刻度的自动优化调整。

使用方法

1. 确保计算机已安装MATLAB软件。
2. 将系统提供的函数代码保存在MATLAB的工作目录下。
3. 在命令行窗口运行主入口函数。
4. 系统将自动生成模拟的30天海洋观测数据，并弹出两个可视化窗口：流矢过程线窗口与潮流玫瑰图窗口。
5. 在MATLAB主窗口中可查阅通过控制台输出的海洋动力数据统计报告。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本（需支持 polaraxes 函数）。
• 数据格式：支持东向流速 U、北向流速 V 以及对应的时间序列 datenum 格式。

功能实现逻辑

1. 模拟数据生成逻辑

系统通过数学模型模拟生成了为期30天的观测序列。潮流成分采用了 M2（12.42小时周期）和 S2（12.00小时周期）分潮的简谐振动公式进行合成，并叠加了符合正态分布的随机余流。生成的原始数据包含 U（东向）和 V（北向）两个分量，作为后续绘图的基础逻辑输入。

2. 核心参数计算逻辑

• 流速计算：利用勾股定理计算 U 和 V 分量的模长，通过向量模计算公式得到瞬时流速。
• 方向转换：使用 atan2d 函数处理 U、V 分量，通过 mod 取模运算将数学坐标系下的弧度转换为海洋地理方向角（0-360度，正北为0，顺时针旋转）。

3. 流矢过程线（Stick Plot）实现细节

• 数据稀疏化：为了防止绘图时箭头过于密集导致视觉模糊，系统每隔4小时对数据进行一次稀疏化抽样。
• 矢量绘制：以时间序列为横轴，零线为基线，使用 quiver 函数在对应的每个时间点绘制表示流速大小和方向的矢量箭。
• 比例尺逻辑：在图表右侧显著位置手动绘制了一个 0.5 m/s 的红色参考矢量，方便用户定量评估流速强度。

4. 潮流玫瑰图（Current Rose）实现细节

• 频率统计算法：系统将360度划分为16个方向扇区（每个扇区22.5度），并将流速划分为5个等级。通过双重循环遍历所有观测数据，统计落入每个方向扇区和流速等级的样本频数。
• 极坐标映射：使用极坐标轴 polaraxes，并设置 ThetaDir 为 clockwise（顺时针）以及 ThetaZeroLocation 为 top（顶部为零度），使图件符合航海与海洋工程习惯。
• 叠加柱状图绘制：通过分层绘制 patch 色块，实现不同流速等级在同一方位上的叠加展示，颜色的深浅代表了流速的大小。

5. 辅助绘图逻辑

系统包含一个专门处理极坐标填充的辅助算法。由于标准极坐标绘图函数在处理复杂色块叠加时存在局限，系统通过 pol2cart 将极坐标顶点坐标手动转换为笛卡尔坐标，再利用 patch 函数在极坐标背景上进行底层填充，确保了绘图的精确度与美观度。