氣象中IDL的應(yīng)用

1、氣象中 IDL 的應(yīng)用氣象資料和產(chǎn)品的種類及數(shù)量急劇增加， 氣象科研人員和氣象預(yù)報(bào)人員對(duì)氣象資料進(jìn)行可視化分 析的需求愈發(fā)迫切。 IDL 為直觀、清晰、生動(dòng)、形象的可視化表現(xiàn)通用、標(biāo)準(zhǔn)的氣象信息提供了 一個(gè)理想的工具。IDL 能夠高效讀寫氣象行業(yè)格式數(shù)據(jù)， 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的處理、 分析和二三維可視化。 它能 夠運(yùn)行在主流的 Windows 、Linux 、Unix 和 Mac 系統(tǒng)平臺(tái)， 開發(fā)的程序基本無(wú)需做特別的更改就 能移植到另外一平臺(tái)下。氣象數(shù)據(jù)讀寫與顯示GRIB 碼 （ GRIdded Binary ，F(xiàn)M 92 GRIB） 是與計(jì)算機(jī)硬件無(wú)關(guān)的壓縮二進(jìn)制代碼， 該編 碼有利于資料的存

2、儲(chǔ)和快速傳輸。 氣象行業(yè)中通常用它來(lái)存儲(chǔ)數(shù)值天氣分析和預(yù)報(bào)的格點(diǎn)資 料，現(xiàn)行的 GRIB 碼有 GRIB 1 和 GRIB 2 兩種格式。IDL 提供了 GRIB1 和 GRIB2 的讀寫函數(shù)， 可直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。 同時(shí) IDL 還支 持常規(guī)二進(jìn)制文件、 ASCII 碼文件、通用圖像文件格式（ JPG、BMP 、PNG 和 TIFF 等）和 科學(xué)數(shù)據(jù)集格式（ CDF、netCDF、 HDF 、 HDF5 ）等。勺Jtl*« XAlfi Ml 4>! 2 4昭itijU w| Ji|!AlPA 所7iiL m F* 開（MS.SMWPUffT Vi. ri» 3

3、XSTT»14>4 Tn aaflrTHaE"圖1氣象數(shù)據(jù)讀取與顯示氣象預(yù)報(bào)與數(shù)據(jù)二三維可視化氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性是依賴于對(duì)大量數(shù)據(jù)的計(jì)算和計(jì)算結(jié)果可視化分析?？茖W(xué)計(jì)算可以將數(shù)值轉(zhuǎn)換為圖像，如風(fēng)矢量、等壓面、等溫面、云層、風(fēng)力等，使得預(yù)報(bào)人員能夠?qū)ξ磥?lái)天氣做岀準(zhǔn)確的分析和預(yù)測(cè)。使用IDL可以輕松地獲得豐富的可視化效果，如線圖、影像、等值線、面數(shù)據(jù)和體數(shù)據(jù)的顯示。IDL支持OpenGL軟硬件加速的功能，可加速實(shí)現(xiàn)2D及3D數(shù)據(jù)分析、圖像處理、可視化、三維建模和虛擬現(xiàn)實(shí)。利用IDL先進(jìn)的對(duì)象圖形法，通過(guò)旋轉(zhuǎn)和縮放，可從各個(gè)不同視角進(jìn)行可視分析。如下幾個(gè)例子是二維環(huán)境下顯示氣象

4、數(shù)據(jù):圖2風(fēng)矢量和咼度場(chǎng)可視化圖3云圖動(dòng)畫展示三維圖形圖像的顯示、 放大、透視，直觀地同步顯示大氣環(huán)境的三維景象和大氣參數(shù)的空間 分布，并疊加三維地形和植被遙感圖，使大氣環(huán)境數(shù)值模擬仿真的效果更加逼真。顯示方式：三維等值面顯示，三維地形和遙感圖疊加和廓線顯示。IM*譏HH 、LmiUIs«r.|<|<|&jfr|o| F曲xll Jj働|詞呵訶圖4風(fēng)場(chǎng)三維可視化圖5 500hPa高度場(chǎng)的三維顯示+ - * *圖6立體云圖+ - * *+ - * *IDL的分析和可視化功能可以對(duì)氣象情況和變化趨勢(shì)氣候監(jiān)測(cè)分析根據(jù)多時(shí)相氣溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用進(jìn)行研究和預(yù)測(cè)，總結(jié)氣候變化規(guī)

5、律。以下實(shí)例通過(guò)在地球?qū)ο笊席B加等值面實(shí)現(xiàn)了全球溫度數(shù)據(jù)的可視化效果?？瓷先?fù)雜的圖形實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻非常簡(jiǎn)單。首先將影像數(shù)據(jù)投影在球體上創(chuàng)建地球?qū)ο螅缓髮⒒谡鎸?shí)地理坐標(biāo)的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)（經(jīng)緯度、高度） 生成三維格網(wǎng)，再根據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫度值生成三維等 值面對(duì)象，最后將它們?cè)谕粓?chǎng)景中結(jié)合顯示出來(lái)。LalBudeI pritriLiileFtevlio<ifeirio.那沖冷申心科加鼻21014-in.753689.82 H6JK.M242095S7.M1F6377.&T2420S.6ISfrJISOsa.ft271M切-147 ffl料嘲鈾2豐?0?，11M35M?067saraes71

6、.11122J7O1®9T 理1即?7加。翻毎H備E.7?樣*尋蘑面*2D頂直和多邊刑溫度數(shù)據(jù)可視化實(shí)現(xiàn)流程如下為一些IDL數(shù)據(jù)可視化分析的效果。圖7全球WAjri «ULTt-4ipfVl Ayan fnv|!Mmi-htl 1*1 IhiiifFS卜w*."i!勺 9W rwR>圖8厄爾尼諾現(xiàn)象小波分析圖9全球溫度場(chǎng)可視化科，gf匹 qp 科 、兩“垃韓卽22眇存-禱MItUAfti QO.VSOOkL irOO( 03,06 05 N. DOOQ +1fkl JUo1 igiire 4: Hej/id direction at 1() meters.圖

7、10海拔10m出的風(fēng)向和風(fēng)力可視化分析ZonalZona- Wind圖11緯向平均緯向風(fēng)氣象模擬IDL的三維渲染、體數(shù)據(jù)處理與顯示功能都可以對(duì)氣象中的自然現(xiàn)象進(jìn)行模擬分析。擬分析顯示以各種天氣現(xiàn)象的物理形成過(guò)程為基礎(chǔ)，在對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬顯示出來(lái)。如下一個(gè)例子：輸入 DEM數(shù)據(jù)和地表影像，創(chuàng)建了新的物理模型對(duì)象?？梢酝ㄟ^(guò)任意 地選擇DEM文件和地表影像進(jìn)行三維重建，建立靈活、直觀的三維環(huán)境。不僅可以在云產(chǎn) 生的動(dòng)態(tài)顯示過(guò)程中，通過(guò)疊加矢量場(chǎng)、溫度和氣壓環(huán)境渲染、生成溫度和壓力等值面等程 序原有功能，對(duì)過(guò)程中的大氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)場(chǎng)景中物理模型（如：橋梁、 房

8、屋等）的任意添加、刪除，以及模型的旋轉(zhuǎn)、縮放等功能。U H .'i '；2_lil冠:鼻豪轉(zhuǎn)丁一噂.'!： " f= =WRTCfflEV ri!噥UWd：r t® nW；|一心H 土 1 書*旦上-歲桃匸1Hi EJ 畔了"吟Jt氏廈P EW圖12局部氣候環(huán)境模擬以下是幾個(gè)氣象模擬的例子。T 51 nm7C55飯申 53 4450 0553 555尸陽(yáng) Fuibat-or1 (ni：lg lai芒盼| r?|爲(wèi)昭| 迥".評(píng)"兮jIsc-油垢盅Far anrrtfEf5 S»wni胡r- 曲*沿詒廠 f6nrtxdiis&廠 閏jgftJ心in艸nencte昭a(bǔ) -wiefaiIi'SvIb Amsl*i ir » 廠Mrr bevelM-MiLeei廠 Inp