氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在影視節(jié)目制作中的可視化應(yīng)用初探

徐穎　劉旭

【摘 ? ?要】本文試對目前全國各氣象影視部門廣泛使用的Weather Central（地理信息系統(tǒng)）在實(shí)際業(yè)務(wù)運(yùn)行中如何利用計(jì)算機(jī)語言，開發(fā)數(shù)據(jù)檢索及轉(zhuǎn)換程序，最終形成可視化的3D視頻圖形圖像及動畫演變過程進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】自動站 ?雷達(dá) ?第四類數(shù)據(jù)

中圖分類號：G4 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2016.11.204

1.簡介

隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，氣象影視已經(jīng)成為公眾氣象服務(wù)的重要組成部分，它與社會公眾的聯(lián)系越來越緊密。而廣大電視觀眾對電視節(jié)目欣賞水平不斷提升，也對氣象影視節(jié)目的科學(xué)性、可視性提出了更高要求，主持人+簡單天氣形勢圖的單一表現(xiàn)形式已經(jīng)不能滿足人們對氣象影視節(jié)目欣賞的需求。

作為氣象影視部門，擁有著豐富、精細(xì)、涵蓋廣泛的各類氣象信息數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)都是以氣象代碼的形式表現(xiàn)，在氣象影視節(jié)目中不能直接呈現(xiàn)給觀眾。為了彌補(bǔ)該方面的不足，提高氣象影視節(jié)目的表現(xiàn)形式，使其更加生動、鮮活、并使節(jié)目的信息量更加充實(shí)。2009年，寧夏氣象影視中心引進(jìn)了美國的Weather Central 地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將地理信息及MICAPS上的氣象數(shù)據(jù)信息完美結(jié)合，并將各種形勢圖、自動站降水云圖、雷達(dá)產(chǎn)品等氣象信息產(chǎn)品與動態(tài)的地理信息疊加，形成準(zhǔn)確、美觀的視頻產(chǎn)品，從而使日常的電視天氣預(yù)報(bào)節(jié)目制作變得更加簡單、快捷。

然而，由于中美兩國在數(shù)據(jù)格式方面的差異，在使用氣象數(shù)據(jù)時(shí)存在著不兼容的問題。Weather Central 地理信息系統(tǒng)不能直接調(diào)用MICAPS上的數(shù)據(jù)，必須將MICAPS上數(shù)據(jù)經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換成該系統(tǒng)所能識別的數(shù)據(jù)，才能最終形成雷達(dá)回波圖、色斑圖等圖形圖像。如何利用氣象部門的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)優(yōu)勢，將大量的氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可視化的圖形圖像，展現(xiàn)在觀眾面前，寧夏氣象影視中心的有關(guān)技術(shù)人員作出了有益的嘗試。

2.氣象數(shù)據(jù)的處理

2.1 ?自動站氣象數(shù)據(jù)的調(diào)用

在實(shí)際影視應(yīng)用當(dāng)中，第三類數(shù)據(jù)格式是非常重要的一類格式，它代表的是離散點(diǎn)。對于高密度的自動站資料，能夠在Weather Central 中能正確的顯示數(shù)值的分布。在出現(xiàn)降水、高溫天氣過程后，主持人在氣象影視節(jié)目需要講解天氣實(shí)況，這就要求在節(jié)目中能夠正確的顯示降水、溫度的分布圖。以寧夏為例：寧夏總面積6.64萬多平方千米，分布有效的氣象觀測自動站900多個(gè)。因此就需要開發(fā)“多氣象要素檢索系統(tǒng)”，檢索所需要的氣象數(shù)據(jù)并生成節(jié)目中所需要的第三類數(shù)據(jù)。

多氣象要素檢索系統(tǒng)就是以C#編程語言作為主要的設(shè)計(jì)語言，基于CIMISS 數(shù)據(jù)環(huán)境設(shè)計(jì)開發(fā)出來的。它可根據(jù)開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間選擇檢索收集時(shí)間段內(nèi)氣象要素，如降水、最高溫度、最低溫度實(shí)況數(shù)據(jù)，并生成第三類離散數(shù)據(jù)格式，該數(shù)據(jù)格式可直接導(dǎo)入到Weathe ?Central 中，搭配相應(yīng)的配色表，形成直觀、精美的圖像產(chǎn)品。

多氣象要素檢索系統(tǒng)系統(tǒng)界面

生成的第三類數(shù)據(jù)格式

Weather Central 中生成的圖形

2.2 雷達(dá)產(chǎn)品圖形圖像的顯示

寧夏每年汛期的短時(shí)強(qiáng)對流天氣多發(fā)，這就需要運(yùn)用到雷陣數(shù)據(jù)對天氣的過程的演變加以演繹。目前在寧夏境內(nèi)所布設(shè)的新一代多普勒天氣雷達(dá)具有高時(shí)空分辨率的特點(diǎn)，尤其是對于短時(shí)強(qiáng)對流等中小尺度天氣系統(tǒng)，有極好的檢測能力?，F(xiàn)有的weather central系統(tǒng)，可以將雷達(dá)產(chǎn)品形成可視化的圖形，但是由于中美兩國在數(shù)據(jù)格式方面的差異，在使用時(shí)存在是數(shù)據(jù)的兼容性。并不能直接將現(xiàn)有雷達(dá)數(shù)據(jù)導(dǎo)入氣象影視節(jié)目中制作。這就需要我們通過對雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換，生成系統(tǒng)所能接受的數(shù)據(jù)形式。因此技術(shù)人員設(shè)計(jì)并開發(fā)了“雷達(dá)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理程序”，程序可以將需要的仰角（1.5度）的基本反射率數(shù)據(jù)提取出來，并生成WeatherCentral系統(tǒng)可以識別的png+vgr格式。

Png文件是灰度圖，在WeatherCentral軟件中可以通過配色文件，為雷達(dá)數(shù)據(jù)配置需要的顏色。 灰度值與反射率數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系如下表。

Vgr文件是地理信息文件，已固原為例，其格式如下：

GEOREF_TYPE 7

EAST 108.856

WEST 103.548

SOUTH 33.5241

NORTH 37.8359

在將雷達(dá)基數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成png+vgr格式后，由于銀川雷達(dá)和固原雷達(dá)基數(shù)據(jù)的時(shí)間對應(yīng)的是北京時(shí)間，而吳忠雷達(dá)基數(shù)據(jù)的時(shí)間對應(yīng)的是世界時(shí)，因此需要在程序中將不同的時(shí)間予以統(tǒng)一，從而在軟件中同時(shí)顯示這些數(shù)據(jù)。

通過業(yè)務(wù)運(yùn)行，證明了雷達(dá)資料應(yīng)用于影視節(jié)目后，能夠極大地提高節(jié)目的表現(xiàn)力，增強(qiáng)氣象影視節(jié)目的時(shí)效性，更加生動具體地反映當(dāng)?shù)靥鞖庀到y(tǒng)的變化過程。

系統(tǒng)界面如下圖所示：

所生成的回波圖如下：

2.3.第四類數(shù)據(jù)的圖形顯示

從寧夏智能化綜合氣象業(yè)務(wù)服務(wù)平臺所調(diào)取的第四類數(shù)據(jù)頭的格式和weather central 系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)頭的格式有出入，通過轉(zhuǎn)換程序，把數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一成weather central 所能識別的格式，然后輸入到系統(tǒng)中，經(jīng)過配色，形成各類圖形圖像。如下圖：

3.利用色標(biāo)制作各種示意圖

處理后的氣象信息數(shù)據(jù)輸入到Weather Central系統(tǒng)中，配以正確的配色文件才能形成直觀的圖形。CorlortableEditor軟件是一個(gè)顏色表編輯器， 可根據(jù)需要創(chuàng)建和編輯所需的配色文件，然后在Weather Central系統(tǒng)中調(diào)用，即可將專業(yè)的形勢圖轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確、美觀的視頻畫面。

3.1云圖的配色及示意：

云圖是最常見的氣象信息，云圖類型包括IR（紅外云圖）、Visible（可見光云圖），我們常用的是紅外云圖。由于云層分為高云和低云，因此要根據(jù)云層的高度不同設(shè)置不同的顏色色標(biāo)文件。我們首先在CorlortableEditor中建立兩個(gè)rgb格式的色標(biāo)文件，cloud-diyun.rgb和cloud-gaoyun.rgb文件。在cloud-diyun.rgb文件中的255-200的色標(biāo)設(shè)為不透明的白色，200～100設(shè)為不透明白色到全透明的漸變色，100以下為全透明。在cloud-gaoyun.rgb文件中，255～150的色標(biāo)設(shè)為不透明的白色，150～50設(shè)為不透明白色到全透明的漸變色，50以下為全透明。在fousion軟件中使用Imagery層，選中IR（云圖）后，在下拉框中選擇chisat，點(diǎn)擊Apply（應(yīng)用），即可完成云圖的調(diào)用。 調(diào)入云圖后點(diǎn)擊View Setup選擇配色方案，需要看高云時(shí)用cloud-gaoyun.rgb色標(biāo)文件，需要看低云時(shí)用cloud-diyun.rgb色標(biāo)文件。

3.2副熱帶高壓示意圖：

在氣象影視節(jié)目中，經(jīng)常會介紹對副熱帶高壓的分析情況，技術(shù)人員在500百帕高空圖的588線區(qū)域填上暖色，就能夠直觀的表示副熱帶高壓。配色方法是：首先，建立一個(gè)暖色調(diào)的.rbg格式文件，將配色軟件中255-238區(qū)域設(shè)定不透明暖色，238-230區(qū)域漸變?yōu)?0%的透明度，230以下區(qū)域則保持20%透明度，顏色漸變到黃色再到綠色。然后在fousion軟件地面形勢圖上，調(diào)用制作好的色標(biāo)文件，調(diào)用lut和Transparery中的氣壓值，使紅色與588線區(qū)域匹配。調(diào)節(jié)填色透明度，就可以清晰的表現(xiàn)副熱帶高壓的位置。

3.2實(shí)況數(shù)據(jù)示意圖：

在CorlortableEditor軟件中建立配色文件時(shí)，形勢圖一般都用rgb格式文件。實(shí)況圖，如降水、溫度都用val格式文件。Val格式文件的特點(diǎn)是在建立配色表時(shí)，就已經(jīng)將顏色與數(shù)值區(qū)間對應(yīng)上，因此，我們在做降水和溫度的配色表時(shí)，就可以用val文件。以降水實(shí)況為例，定義0-50毫米的降水配色，我們需要定義最小區(qū)間是2毫米降水為一個(gè)顏色，這樣我們就需要定義25個(gè)顏色格，然后把每個(gè)格填上自己需要的顏色即可。

4.實(shí)現(xiàn)的效果

通過對寧夏氣象觀測自動站數(shù)據(jù)檢索采集、新一代多普勒雷達(dá)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用及對第四類氣象數(shù)據(jù)的處理，結(jié)合色標(biāo)，可以將枯燥的、抽象的氣象信息數(shù)據(jù)與地理信