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2023-01-11

氣象數(shù)據(jù)可視化|讓你更加了解氣候信息

通過上篇文章《氣象數(shù)據(jù)可視化|在GIS中讀懂變化無常的天氣》,我們了解了在瀏覽器進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)可視化的意義、氣象數(shù)據(jù)的基本信息以及一些氣象數(shù)據(jù)的可視化實(shí)現(xiàn)方案。本文我們將針對天氣預(yù)警、衛(wèi)星云圖等氣象信息,繼續(xù)逐一進(jìn)行介紹。



 氣象預(yù)警 

如今,世界各地的極端天氣事件正變得越來越頻繁和強(qiáng)烈,我們也比以往任何時候都更容易受到極端天氣的危害及影響,僅僅通過預(yù)測天氣狀況已經(jīng)不夠抵御,而告知公眾極端天氣的影響對挽救生命至關(guān)重要。

氣象預(yù)警工作主要利用空、天、地、海4級觀測設(shè)備,對風(fēng)力、風(fēng)向、溫度、能見度、雨雪量、濕度、雷電云等氣象要素進(jìn)行全天候不間斷監(jiān)測。監(jiān)測設(shè)備包括:高度超過三萬千米的衛(wèi)星、微米級精度的能見度儀、360度旋轉(zhuǎn)的雷達(dá)以及精確到0.1克的雨量計(jì)等。

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△ 風(fēng)云四號靜止氣象衛(wèi)星

收集到的各類氣象觀測數(shù)據(jù),傳輸給天氣預(yù)報(bào)員工作平臺的同時,還會傳輸進(jìn)超級計(jì)算機(jī),以便得到關(guān)于某種氣象災(zāi)害發(fā)生可能性的數(shù)值。預(yù)報(bào)員根據(jù)各種數(shù)據(jù)來診斷天氣演變,如果預(yù)報(bào)員發(fā)現(xiàn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警級別的標(biāo)準(zhǔn)臨界值條件,就會立即啟動氣象預(yù)警發(fā)布工作。

目前,我國普及了一套比較全面的氣象災(zāi)害預(yù)警信號發(fā)布和傳播辦法,主要由名稱、圖標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)和防御指南組成,涉及十四種氣象災(zāi)害。根據(jù)氣象災(zāi)害的發(fā)展態(tài)勢、緊急程度、危害程度等,用藍(lán)色、黃色、橙色和紅色來表示災(zāi)害的不同等級,可以大致理解為藍(lán)色不太嚴(yán)重,黃色要注意,橙色有些嚴(yán)重,紅色相當(dāng)嚴(yán)重。如下圖,即為藍(lán)色大風(fēng)的預(yù)警圖標(biāo)。

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△ 藍(lán)色大風(fēng)預(yù)警圖標(biāo)

FreeXGIS團(tuán)隊(duì)基于氣象格點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了氣象預(yù)警功能。當(dāng)開啟預(yù)警功能時,先獲取到全國氣象站點(diǎn)的最新預(yù)警信息,根據(jù)其中的預(yù)警類型、預(yù)警程度等找到對應(yīng)的預(yù)警圖片,將該預(yù)警圖片添加在給定的經(jīng)緯度坐標(biāo)下,完成氣象預(yù)警信息的可視化加載。

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△ FreeXGIS Online 氣象預(yù)警功能


 衛(wèi)星云圖 

衛(wèi)星云圖是由氣象衛(wèi)星自上而下觀測到的地球上的云層覆蓋和地表面特征的圖像,接收的云圖主要有:紅外云圖、可見光云圖及水汽圖等。各種不同尺度天氣系統(tǒng)的云區(qū)和各種不同的地表特征,在這種圖像上都有其特定的色調(diào)、范圍大小和分布形式。利用衛(wèi)星云圖可以識別不同的天氣系統(tǒng),確定它們的位置,估計(jì)其強(qiáng)度和發(fā)展趨勢,為天氣分析和天氣預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

通過衛(wèi)星云圖圖象的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、亮度和紋理等特征,可以識別云的種、屬及降水狀況;可以識別大范圍的云系,如螺旋狀、帶狀、逗點(diǎn)狀、波狀、細(xì)胞狀等,并用以推斷鋒面、溫帶氣旋、熱帶風(fēng)暴、高空急流等大尺度天氣系統(tǒng)的位置和特征。對于氣象臺站較稀少的地方——廣闊洋面、高原、荒漠和極地地區(qū)來說,衛(wèi)星云圖是很珍貴的探測資料,這對提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率起了重要作用。在氣象臺站較密的地區(qū),所給出的圖象也較為完整系統(tǒng),為其它觀測方法所不能替代。

FreeXGIS產(chǎn)品可以顯示國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心的衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù),并可通過時間變化更新云圖數(shù)據(jù)。

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△ FreeXGIS Online 衛(wèi)星云圖



 臺風(fēng) 

臺風(fēng)屬于熱帶氣旋的一種,熱帶氣旋是發(fā)生在熱帶或亞熱帶洋面上的氣壓渦旋,是一種強(qiáng)大而深厚的“熱帶天氣系統(tǒng)”。中國把西北太平洋的熱帶氣旋按其底層中心附近最大平均風(fēng)力(風(fēng)速)大小劃分為6個等級,其中心附近風(fēng)力達(dá)12級或以上的,統(tǒng)稱為臺風(fēng)。

臺風(fēng)常帶來狂風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮,給人類帶來災(zāi)害的同時,也給人類帶來益處,臺風(fēng)給人類送來了豐沛的淡水資源,對改善淡水供應(yīng)和生態(tài)環(huán)境有十分重要的意義。

根據(jù)世界氣象組織的定義,中心風(fēng)力一般達(dá)到十二級以上、風(fēng)速達(dá)到每秒32.7米的熱帶氣旋均可稱為臺風(fēng)(或颶風(fēng))。當(dāng)熱帶氣旋達(dá)到熱帶風(fēng)暴的強(qiáng)度,便給予其具體名稱。名稱由世界氣象組織臺風(fēng)委員會的14個國家和地區(qū)提供,每個成員提供10個名字,形成了包括140個臺風(fēng)名字的命名表,名字循環(huán)使用。

臺風(fēng)預(yù)警中存在24小時警戒線和48小時警戒線,如下圖。臺風(fēng)24小時警戒線的意義是,該區(qū)域的臺風(fēng)在24小時內(nèi)對我國有顯著影響,并可能于24小時內(nèi)登陸我國。臺風(fēng)進(jìn)入24小時警戒線后,氣象部門會逐小時對臺風(fēng)的位置、強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測,并及時向公眾及各級政府通報(bào)。48小時警戒線同理。

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△ 臺風(fēng)24小時警戒線、48小時警戒線


臺風(fēng)預(yù)警主要通過預(yù)測臺風(fēng)發(fā)生的軌跡,來指導(dǎo)民眾避難。臺風(fēng)路徑主要由顏色不同的點(diǎn)和線構(gòu)成,其中不同顏色代表了此時的臺風(fēng)等級,實(shí)線為具體的臺風(fēng)路徑,虛線為在某時刻時,專家預(yù)測的臺風(fēng)軌跡。

臺風(fēng)預(yù)警信息的可視化實(shí)現(xiàn),主要通過解析臺風(fēng)數(shù)據(jù)中關(guān)鍵點(diǎn)的風(fēng)力大小,轉(zhuǎn)換為其對應(yīng)顏色,繪制出臺風(fēng)路徑的點(diǎn)或線,從而達(dá)到渲染效果。在三維實(shí)現(xiàn)警戒線文字時,若采用Cesium自帶的label或billboard繪制,會導(dǎo)致在視口拉低時,文字始終面朝相機(jī),無法做到貼地的效果。團(tuán)隊(duì)使用貼地面加canvas繪制紋理,使得文字可以貼在地面上,從而解決了這一問題。

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△ FreeXGIS Online 臺風(fēng)預(yù)警信息

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