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气象基础数据在影视节目制作中的可视化应用
【摘
要】本文试对目前全国各气象影视部门广泛使用的Weather Central（地理信息系统）在实际业务运行中如何利用计算机语言,开发数据检索及转换程序,最终形成可视化的3D视频图形图像及动画演变过程进行了探讨.
【关键词】自动站 雷达 第四类数据
中图分类号：G4
文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2016.11.204
1.简介
随着社会和经济的发展,气象影视已经成为公众气象服务的重要组成部分,它与社会公众的联系越来越紧密.而广大电视观众对电视节目欣赏水平不断提升,也对气象影视节目的科学性、可视性提出了更高要求,主持人+简单天气形势图的单一表现形式已经不能满足人们对气象影视节目欣赏的需求.
作为气象影视部门,拥有着丰富、精细、涵盖广泛的各类气象信息数据,而这些数据都是以气象代码的形式表现,在气象影视节目中不能直接呈现给观众.为了弥补该方面的不足,提高气象影视节目的表现形式,使其更加生动、鲜活、并使节目的信息量更加充实.2009年,宁夏气象影视中心引进了美国的Weather Central 地理信息系统,该系统可以将地理信息及MICAPS上的气象数据信息完美结合,并将各种形势图、自动站降水云图、雷达产品等气象信息产品与动态的地理信息叠加,形成准确、美观的视频产品,从而使日常的电视天气预报节目制作变得更加简单、快捷.
然而,由于中美两国在数据格式方面的差异,在使用气象数据时存在着不兼容的问题.Weather Central 地理信息系统不能直接调用MICAPS上的数据,必须将MICAPS上数据经过二次转换成该系统所能识别的数据,才能最终形成雷达回波图、色斑图等图形图像.如何利用气象部门的基础数据优势,将大量的气象基础数据转换为可视化的图形图像,展现在观众面前,宁夏气象影视中心的有关技术人员作出了有益的尝试.
2.气象数据的处理
2.1 自动站气象数据的调用
在实际影视应用当中,第三类数据格式是非常重要的一类格式,它代表的是离散点.对于高密度的自动站资料,能够在Weather Central 中能正确的显示数值的分布.在出现降水、高温天气过程后,主持人在气象影视节目需要讲解天气实况,这就要求在节目中能够正确的显示降水、温度的分布图.以宁夏为例：宁夏总面积6.64万多平方千米,分布有效的气象观测自动站900多个.因此就需要开发“多气象要素检索系统”,检索所需要的气象数据并生成节目中所需要的第三类数据.
多气象要素检索系统就是以C#编程语言作为主要的设计语言,基于CIMISS 数据环境设计开发出来的.它可根据开始时间和结束时间选择检索收集时间段内气象要素,如降水、最高温度、最低温度实况数据,并生成第三类离散数据格式,该数据格式可直接导入到Weathe Central 中,搭配相应的配色表,形成直观、精美的图像产品.
多气象要素检索系统系统界面
生成的第三类数据格式
Weather Central 中生成的图形
2.2 雷达产品图形图像的显示
宁夏每年汛期的短时强对流天气多发,这就需要运用到雷阵数据对天气的过程的演变加以演绎.目前在宁夏境内所布设的新一代多普勒天气雷达具有高时空分辨率的特点,尤其是对于短时强对流等中小尺度天气系统,有极好的检测能力.现有的weather central系统,可以将雷达产品形成可视化的图形,但是由于中美两国在数据格式方面的差异,在使用时存在是数据的兼容性.并不能直接将现有雷达数据导入气象影视节目中制作.这就需要我们通过对雷达产品进行二次转换,生成系统所能接受的数据形式.因此技术人员设计并开发了“雷达基础数据处理程序”,程序可以将需要的仰角（1.5度）的基本反射率数据提取出来,并生成WeatherCentral系统可以识别的png+vgr格式.
Png文件是灰度图,在WeatherCentral软件中可以通过配色文件,为雷达数据配置需要的颜色. 灰度值与反射率数据的对应关系如下表.
Vgr文件是地理信息文件,已固原为例,其格式如下：
GEOREF_TYPE 7
EAST 108.856
WEST 103.548
SOUTH 33.5241
NORTH 37.8359
在将雷达基数据转换成png+vgr格式后,由于银川雷达和固原雷达基数据的时间对应的是北京时间,而吴忠雷达基数据的时间对应的是世界时,因此需要在程序中将不同的时间予以统一,从而在软件中同时显示这些数据.
通过业务运行,证明了雷达资料应用于影视节目后,能够极大地提高节目的表现力,增强气象影视节目的时效性,更加生动具体地反映当地天气系统的变化过程.
系统界面如下图所示：
所生成的回波图如下：
2.3.第四类数据的图形显示
从宁夏智能化综合气象业务服务平台所调取的第四类数据头的格式和weather central 系统所需的数据头的格式有出入,通过转换程序,把数据格式统一成weather central 所能识别的格式,然后输入到系统中,经过配色,形成各类图形图像.如下图：
3.利用色标制作各种示意图
处理后的气象信息数据输入到Weather Central系统中,配以正确的配色文件才能形成直观的图形.CorlortableEditor软件是一个颜色表编辑器, 可根据需要创建和编辑所需的配色文件,然后在Weather Central系统中调用,即可将专业的形势图转换准确、美观的视频画面.
3.1云图的配色及示意：
云图是最常见的气象信息,云图类型包括IR(红外云图)、Visible(可见光云图),我们常用的是红外云图.由于云层分为高云和低云,因此要根据云层的高度不同设置不同的颜色色标文件.我们首先在CorlortableEditor中建立两个rgb格式的色标文件,cloud-diyun.rgb和cloud-gaoyun.rgb文件.在cloud-diyun.rgb文件中的255-200的色标设为不透明的白色,200~100设为不透明白色到全透明的渐变色,100以下为全透明.在cloud-gaoyun.rgb文件中,255~150的色标设为不透明的白色,150~50设为不透明白色到全透明的渐变色,50以下为全透明.在fousion软件中使用Imagery层,选中IR（云图）后,在下拉框中选择chisat,点击Apply（应用）,即可完成云图的调用. 调入云图后点击View Setup选择配色方案,需要看高云时用cloud-gaoyun.rgb色标文件,需要看低云时用cloud-diyun.rgb色标文件.
3.2副热带高压示意图：
在气象影视节目中,经常会介绍对副热带高压的分析情况,技术人员在500百帕高空图的588线区域填上暖色,就能够直观的表示副热带高压.配色方法是：首先,建立一个暖色调的.rbg格式文件,将配色软件中255-238区域设定不透明暖色,238-230区域渐变为20%的透明度,230以下区域则保持20%透明度,颜色渐变到再到绿色.然后在fousion软件地面形势图上,调用制作好的色标文件,调用lut和Transparery中的气压值,使红色与588线区域匹配.调节填色透明度,就可以清晰的表现副热带高压的位置.
3.2实况数据示意图：
在CorlortableEditor软件中建立配色文件时,形势图一般都用rgb格式文件.实况图,如降水、温度都用val格式文件.Val格式文件的特点是在建立配色表时,就已经将颜色与数值区间对应上,因此,我们在做降水和温度的配色表时,就可以用val文件.以降水实况为例,定义0-50毫米的降水配色,我们需要定义最小区间是2毫米降水为一个颜色,这样我们就需要定义25个颜色格,然后把每个格填上自己需要的颜色即可.
4.实现的效果
通过对宁夏气象观测自动站数据检索采集、新一代多普勒雷达基础数据的处理和应用及对第四类气象数据的处理,结合色标,可以将枯燥的、抽象的气象信息数据与地理信
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