Skyer i tre dimensioner

ETH computergrafikspecialister har analyseret skydannelse og luftstrøm i højopløselige vejrsituationer og visualiseret en vejrssituation med høj opløsning i 3D. Luftfartsindustrien og meteorologer kan muligvis drage fordel af denne visualiseringsmetode i fremtiden.

Visualisering spiller en enorm rolle i undersøgelsen af ​​vejrdata, såsom temperatur, lufttryk og skyens vandindhold i atmosfæren. Visning af disse data grafisk er ganske naturligt, da den har klare rumlige referencepunkter og er meget enkel at overlejre på kort.

To-dimensionelle repræsentationer er i øjeblikket standarden inden for meteorologi, både inden for forskning og til vejrudsigter. Disse enkle visualiseringer er i de fleste tilfælde tilstrækkelige. Imidlertid, nogle processer, såsom den lodrette dannelse af skyer over tid, er svære at studere i to dimensioner.

Tredimensionel cloud-visualisering

Det er derfor, computergrafikspecialister i et team ledet af professor i ETH -datalogi Markus Gross har udviklet tilgange baseret på numeriske vejrsimuleringer for at visualisere dannelse og dynamik af skyer og luftstrømme tredimensionelt ved høj opløsning.

Forskerne præsenterede deres arbejde på to internationale ekspertkonferencer. Ifølge Tobias Günther, en seniorforsker i Gross 'team, de nye 3D-visualiseringsmetoder blev godt modtaget af deltagerne. Til hans bacheloropgave, Noël Rimensberger, under opsyn af Günther, udviklet og udvidet metodikken og beregnet visualiseringerne på computeren.

Rimensbergers visualiseringer var baseret på vind, sky- og regndata, der frit stilles til rådighed for det videnskabelige samfund som en del af den internationale IEEE Scientific Visualization Contest. Den underliggende simulering genskaber vejrforholdene aftenen den 26. april 2013 og blev udviklet som en del af et storstilet meteorologisk forskningsprojekt kaldet HD (CP) ², hvor mere end 100 forskere fra 19 institutioner deltog.

Datalogistuderende kombinerede eksisterende algoritmer for at visualisere skydannelse og luftstrømme, anvendelse af nylige metoder, der anvendes inden for forskningsområdet videnskabelig visualisering.

Udforske nye muligheder

Rimensberger understreger, at han var mindre interesseret i at udvikle levedygtige forudsigelsesværktøjer til meteorologi end at undersøge mulighederne for at "repræsentere vejrdata i en relativt enkel, forståelig måde ". Værdien for videnskaben er, at 3D-grafikken afslører noget, der ikke er synligt med 2-D-grafik, og dermed give et bedre helhedsbillede.

For eksempel, Rimensbergers visualiseringer viser, hvordan skyer dannes over Tyskland og ændrer sig over tid, hvordan de bæres opad af opdrift og derefter transporteres af vinde i troposfæren mere end 10 kilometer over jorden. Skyzoner med et identisk vand- og isindhold vises i forskellige farver.

Datalogistuderende analyserede også luftstrømme. Linjerne repræsenterer luftpakkernes stier, og deres farver angiver, hvor meget en luftpakke roterer omkring sin egen akse. Linjernes længde giver information om tilbagelagt afstand, og visualiserer dermed strømningshastigheden. Stigende skyer skaber turbulenser, der forårsager stærkere vorticitet eller ændringer i banen. Begge kan læses fra stiplinjerne.

Rimensberger lagde også passagerflys flyveveje i gang i skyformationssimuleringerne. "Jeg ville finde ud af, om og hvordan stormzoner påvirker lufttrafikken, " han siger.

Flystierne for fly, der starter fra Frankfurt, imidlertid, krydse lige igennem de simulerede tordenvejrsceller. Kun et fly, starter fra München, undgår bare en regncelle over Regensburg. Rimensberger konkluderer, at stormene ikke var stærke nok til at berettige omlægning af flytrafik, eller at der var for få måledata til rådighed.

De nye visualiseringer forenkler klassificeringen af ​​skyformationer, da de kan "afsløre" skyer, der ikke kan observeres fra satellitter over eller fra jorden. En sammenligning med nutidens konventionelle 2-D-kategorisering viste, at de nye algoritmer også kan afsløre stablede skystrukturer.

Afsløring af skjulte strukturer

"Den videnskabelige værdi af vores visualisering ligger i, at vi gør noget synligt, som var umuligt at se med de eksisterende værktøjer, "siger Rimensberger. Den er ikke helt klar til realtidsimuleringer, imidlertid. Kompleks grafik som luftstrømmene i hele Tyskland, for eksempel, endnu ikke er blevet konventionel praksis. "De nødvendige beregninger til dette er stadig for langsomme. Vi forsøger at forbedre dette med bedre algoritmer, "tilføjer Günther." Men det ville være muligt at integrere nogle af visualiseringerne eller, for eksempel, cloud -klassifikationer i eksisterende værktøjer nu. "

Til lufttrafikstyring, visualiseringen af ​​regioner med turbulens eller regioner med stærke opstød og stormudvikling kan også være af interesse.

Opfølgningsprojekter er planlagt eller allerede i gang, såsom den interaktive analyse af store meteorologiske datasæt. Computergrafikspecialisterne arbejder også på at gøre nøglestrukturer i disse data mere synlige og fremskynde de komplekse visualiseringer af luftstrømme. Og hvem ved, måske en dag vil tv-vejrpræsentanten pege på 3D-vejrkort baseret på ETHs algoritmer.