台风三维建模与交互可视化分析方法研究

作     者：廖桂华 

作者单位：福建师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林广发;张明锋

授予年度：2017年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：台风 WRF 体绘制 光线投射算法 三维建模 可视化分析 

摘      要：全球气候变化背景下,我国极端天气事件频繁发生,损失日益严重。在这些自然灾害中,台风灾害是发生频率最高、影响范围最大、损失较严重的自然灾害之一。如何提高台风预报预警和应急管理水平,减轻台风灾害风险已成为我国综合减灾防灾面临的重大挑战。台风结构与过程的可视化和分析技术可以为台风预报预警提供技术支撑。然而,台风是一个巨大而复杂的气旋,表现在数据具有多源性、多维性、数据量大和多尺度等特征,在不同地空环境下对其建模挑战性与重要性。目前,台风的可视化大多采用数值模拟的方法,这些可视化技术远远不能满足台风预报、评估方面的需求,气象资料的三维可视化和分析已成为一个趋势。为此,本研究采用中尺度天气WRF模式模拟两个不同登陆方式的超强台风“蔷薇和“莫兰蒂,将台风多时态、多维度、多属性的变量依据等压面值分离,制作适用于台风三维可视化的体数据。采用体绘制光线投射算法和WebGL技术开发了基于B/S端的台风体绘制平台,将台风体数据进行体可视化,实现了浏览器端多变量复杂气象数据可视化展示。为实现在一个场景中对多个可视化结果进行混合体绘制,借助VAPOR气象可视化软件强大的图形处理能力对台风进行三维建模,综合更多气象信息进行分析和判断。在上述工作的基础上,本研究选择与台风发生和发展变化密切相关的地形、副热带高压等多个因子进行时空分析,研究这些因子与台风之间的相关性,并结合云水混合比、云冰混合比和位温等变量的体绘制结果综合分析台风的内部结构、空间分布特征和演变规律。研究中所用方法和实验得出的结论对于台风预报相关业务提供一定的参考价值,在台风防灾减灾工作中的应用上具有技术和方法的借鉴作用。