面向灾害天气的三维动态仿真方法研究.pdf

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1、第45卷第2期人民长江Vo1．45．No．22014年1月YangtzeRiverJan．，2014文章编号：1001—4179(2014)02—0042—04面向灾害天气的三维动态仿真方法研究王伟，周新春，张国学(1．武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北武汉430079；2．长江水利委员会水文局情报预报中心，湖北武汉430010；3．长江水利委员会水文局长江水文技术研究中心，湖北武汉430010)摘要：灾害天气的三维动态模拟是灾害研究及预报应用的重要组成部分在气象灾害可视化领域，NCAR(美国国家大气研究中

2、心)研发的三维可视化软件VAPOR实现了采用流线、等值面、体绘制等形式来绘制单帧的气象数据体，但缺点在于数据量大，动态效果不理想。针时上述问题，提出结构化的数据组织形式以及后台线程预读数据的调度方法，并且采用三维体绘制技术来表现气象数据体，实现了多种形式的灾害天气动态模拟。在实际四维气象演示系统中的应用表明，该方法完全满足要求，在灾害天气演进、天气预报、防灾减灾以及灾害评估等应用领域均具有实际应用价值。关键词：数据组织：体绘制；天气模拟；灾害天气中图法分类号：TP391文献标志码：A灾害天气中的台风作为一种热带气旋，

3、通常其活细节，阐述体绘制技术在气象灾害模拟方面的优势。动过程会伴随着强风、暴雨以及风暴潮等自然灾害，这1关键技术些会对沿海地区造成巨大经济损失。据相关部门统计，随着我国经济的高速发展，自然灾害所造成的经气象灾害天气的动态模拟主要存在以下几个难济损失也呈逐年上升趋势，平均每年直接经济损失超点。过千亿元人民币，死亡数千人。而这其中，由台风和暴(1)缺乏有效数据组织形式。常用的气象数据格雨导致的洪涝灾害造成的损失最为严重，因此，加强灾式NetCDF、GRIB码等都是一个大数据集里包含多个害性天气的预报研究十分必要。关于台风

4、等灾害天气变量，这样导致各个变量之间切换困难。的风场仿真研究已有多年的历史，并取得了很多成果。(2)缺乏实时调度机制。气象数据量大，一次性一方面，由于气象观测数据量大，目前的理论和方法还读入使内存消耗过大，需采用后台线程分时实时读取不能很好地满足三维动态模拟的需求；另一方面，目前数据。国内外关于灾害天气模拟的理论研究重点集中在风场(3)可视化效果不逼真。气象灾害作为一种无形模型、内部结构以及数值预报等方面，而关于风场实体，传统的平面符号、流线等很难展现风场形态。的可视化方面还有所欠缺。NCAR(美国国家气象研1．1数

5、据组织究中心)研发的灾害天气可视化软件平台VAPOR目对于气象数据而言，相关的变量数据在几百MB前在气象可视化领域处于领先地位，它能以轨迹追踪、到数GB之间，因此不适合一次性读入内存之中，而必流线、等值面、体绘制等可视化模型来展现台风体的当须根据时间及可视化需求变换在外存和内存之间动态前形态，但动态效果不连续，可渲染范围有限。针对上调度。原始的NetCDF或者GRADS等气象观测数据一述问题，本文提出了一种基于分变量、分时的数据组织般是格点数据，由四个维度(经度、纬度、高程、时间)方式和后台异步提供数据的调度方法，实

6、现了灾害天来确定它的格网，多个时间段的数据集合在一起构成气的三维动态模拟，同时简要介绍体绘制算法的技术一个大的数据集。这种数据集适合用于单帧静态的可收稿日期：2013—12—18作者简介：王伟，男，博士生导师，主要从事空间信息系统研究。E—mail：wangwei8091@163．COB第2期王伟，等：面向灾害天气的三维动态仿真方法研究43视化，能够满足科研的绝大部分需要。但由于这种数为线性、起点位置和格网间隔等信息；ydef和zdef与据难以做到不同时间段的及时切换，因此很难做到动xdef类似；和<／D

7、ata>之间为标量数据的信态连续模拟。同时，由于多个变量集中于一个数据集息；varNum表示共有18组变量数据信息说明。<中，而实际用到的与实时模拟有关的变量只有风速MergeData>和<／MergeData>则表示矢量数据的说明(，，)、温度、气压P等。多余的变量不仅占用信息，uVw表示数据集中存在一个合成的矢量数据，大量存储空问，同时也造成了变量选择和切换的困难。表示空间中某个位置的风力信息，数据层数为19层。针对这一问题，本文将原有数据提取出来进行分变量1．2调度方法分时间存储，实现结构化的数据组织并以此建立

8、XML由于气象数据量较大，不可能一次性读人内存中，配置文件。XML配置文件主要包括3部分：元数据信因此需要在渲染过程中实时调度数据。例如，灾害天息、标量数据信息和矢量数据信息。元数据包括数据气中的一台风数据通，常是1h或者3h观测一次，而一个集名称、编码方式无效值、维度信息等基本描述；标量小时台风可前进上百千米。因此在台风的可视化模型数据信息主