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AVS在气象中的应用

—AVS使气象预报员置身于三维环境中

NOAA天气预报系统实验室

 geospatial.zip（199KB）

用AVS三维可视化显示，气象预报员无需乘坐飞机就能观察和探索前所未见的气候情况。他们能够“飞越”其间观察潜在的积冰、湍流以及云幕……

一．运用AVS 三维可视化工具使虚拟天气更接近现实

现在国家气象局（NWS）的气象预报员，比以前可以从更多的方面取得更多的数据，正因如此，使得这一艰巨的任务变得更为艰巨。遍布全国的120多个NWS办公室的天气预报员的详细报告是航海、航空、农业、船运公司以及军事的依据。当然，也是许多公共天气预报的基础。

由于Colorado 的开发者们为 WFO（Weather Forecast Office）-Advanced配备了新一代计算机系统，使虚拟天气预报几乎是垂手可得。其中一个关键的组成是气象数据的三维可视化，它有助于预报员能够快速确定重要天气事件的范围并进行追踪和评估。

AVS/Express不可估量的开发价值体现在以下几个方面：

首先，它为 WFO-Advanced生成三维图像显示（D3D）提供了一个基本的工具；其次，它加速了完成新天气预报系统的开发过程；再次，它帮助开发者将当地的气象科学家纳入到开发过程中，让他们试用这些工具并作出反馈。

位于 Colorado 州Boulder的国家海洋大气局（NOAA）天气预报系统实验室（FSL）正在开发 WFO-Advanced。实现国家预报服务系统现代化的研究项目的合作单位是 Colorado州立大学和 大气研究联合研究所（CIRA）。

二．仿真现实

一位在CIRA 做D3D研究课题的首席研究员Philip A.Mcdonald说：“三维可视化带给气象学的变化就如同声音带给无声电影的革命。三维可视化是一种生动的现实仿真。”

通常情况下，气象学家要将二维的气象剖面予以精心叠加再加以研究分析，力求较精确地仿真实际气象情况。而运用三维可视化后，气象工作者凭借各种具有色彩显示的程序代码及高度解析的格式就能穿越虚拟的气象空间，犹如看道路地图与亲自驾车观察路面，有很大差别一样。

三维可视化的目标是使气象学家摆脱费神的二维图象计算，而把精力集中于预报的实际需要上。 例如，气象预报人员可用D3D工具来模拟气象气球升放至云中的情景：上升、下降，或左、或右，或实际需要的状态。

三．快速处理海量数据

三维可视化是天气预报使用的一种独特新颖的工具。对于处理持续增加的海量数据，在快速简易的浏览过程中，效率是十分关键的。McDonald说：“三维功能主要可以帮助气象学家确定其潜在的麻烦之处，而且三维功能可以对有关信息提供很好的显示。”来自气球、地面站、雷达、飞机和卫星的数据大量涌入气象办公室，而随着精度和清晰度要求的不断增加，信息来源正在不断膨胀，数据量还将以惊人的速度增加，这就要求WFO-Advanced在处理预报过程中有很高的效率——一个任务就是要很好地处置D3D程序的应用。而D3D正好可以帮助预报人员快速评估大量信息，以发现和专注于某些关键点。

现在气象预报员已经可以精确地确定其责任区域，可在以前，还没有一种真正的区域气象预报工具。用了WFO-Advanced及D3D，气象学家就可以首次开发复杂的中等尺度（20—200公里或区域）未来12—18小时的每小时天气预报，这仅仅只需4小时，这在现有的速度不快的计算机上只是一小份机时。

四．AVS缩短了开发时间

“如果没有AVS可视化系统的显示功能，我们的研究开发工作还需要花费大量的时间和财力。AVS/Express帮助我们大大缩短了开发时间，节省了人力、物力。”Philip A.Mcdonald说。他在六年前就开始使用AVS产品。“我们在短时间内将数据以三维方式显示，其原因在于我们有了AVS可视化的开发环境。我发现它使用起来十分容易，而且极为方便，使用AVS，仅需要拉下模块连接调试，就能够建立一个交互式的可视化应用程序，我确实十分喜爱这种不需要重新编译和连接，就能看到改变的结果。”

“我并没有把精力集中于程序代码上，而是把注意力放在创新。现在，我用AVS/Express已经完成了一个能够实时传送到120多个站点的可执行程序。”

他还补充说：“AVS会对用户作出很好的响应，倾听用户的想法和要求并予以回复和评估。”

五．预报

基于WFO-Advanced生成的三维气象显示有助于：

对气象研究人员来说，可以使他们更深入地理解短期天气预报，现在可以产生不只限于以华盛顿为中心的区域性预报。

科学家通过分析大量数据，并将预报结果与实际天气状况对比，进而判断预报模式的有效性。

其他预报人员和外行可以理解气象的物理本质，这仅靠二维观察是不可能的。

这确实是相当有前途的气象预报。

附：　先进的气象预报办公室（WFO-Advanced）简介

由美国宇航局（NOAA）的气象预报系统实验室（FSL）开发的WFO-Advanced，一种气象预报工作站系统， 主要用于支持美国现代化的国家气象服务（NWS）的气象预报办公室（WFO，目前全美国有120个WFO）的工作。

WFO-Advanced 包括下述功能（如图一）：

全国和局地数据的采集和输入。包括一种局地数据的监测器——用于完成质量控制功能。

气象预报系统实验室（FSL）的局地分析和预报系统（LAPS），提供高分布率的分析和短期气象预报。

LAPS的目的是提供实时的、三维的、局地分析和短期预报业务应用。LAPS融合了现存的与未来的数据采集平台所获取的中尺度（20-200Km）的数据， 这些数据平台包括：多卜勒雷达、风廓线仪、地表探测仪、卫星与飞机等。LAPS可以得到某个WFO范围内的高精度的天气分析与预报，在业务天气预报处运行LAPS，使高精度的资料可以就地应用，这就避免了海量数据和模型结果的传输。

LAPS为WFO-Advanced提供以下三个特殊方面的工作：

• 产生一个“局地的”LAPS网格，在全国的任何气象预报办公室都能很容易的被使用。
• 标准化数据采集和输入，特别针对特定地点数据源。
• 开发所有在气象预报办公室所需预报的内容。

1．一个交互式显示系统，用于数据访问和处理。

2．先进的交互式气象处理系统（AWIPS）的气象预报预备系统（AFPS）。即建立一系列的网格数字预报数据库，用于支持自动产生日常的气象预报产品。

3．3-D可视化系统。

FSL已有多年的三维可视化经验，主要用于LAPS和MAPS（中尺度分析和预报系统）的三维显示。

在FSL每天的气象简报中都会用到三维气象预报可视化技术，目前已在先进的可视化软件（AVS）平台上开发了非常友好的三维可视化界面---便于气象预报办公室（WFO）的预报员每天都能访问并用于日常工作中。

FSL的三维可视化工作还包括开发一个用于影响航空变量（如揣流和结冰）的可视化和编辑系统。

4．水文地理学应用

5．FLS-built的分发系统—为地方政府和紧急事故提供数据。

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