基于多组件融合的WRF模式气象数据可视化的Web开发研究

摘要

WRF(Weather Research Forecast)模式是新一代中尺度天气预报模式[1]。NetCDF[2]是该模式的主要输出文件的格式。目前，处理NetCDF文件的气象分析软件很多，但这些软件都是客户端应用软件，都是给专业的气象科研工作者投入使用的，无法给广大的用户使用。此外，Excel还提供了第三方插件NetCDF.xlsm[3]件读取WRF模式的数据，其以表格的形式来显示NetCDF文件中的数据，但不能直接从表格中看出数据的本质规律。
　　为了增强用户对WRF气象模式数据的直观性认识，方便用户并发访问、可视化并操作WRF模式系统输出的气象数据，我们将实现在网站上可视化WRF气象数据。本论文首先重点分析NétCDF的数据格式、文件读取方法以及数据存入数据库操作。接着对网站进行需求分析，确定网站的总体功能模块、具体功能实现模块、网站的设计流程、目标以及总体框架。然后研究数据可视化相关算法，稳定预测算法，并着重对PSO-SVR算法进行研究，仿真分析及应用，研究分析WebGL、NCL等可视化的方法及应用。最后基于SSH框架，使用WebGL、NCL等可视化技术，以2D图形技术绘制图表辅助历史气象数据可视化分析，使用Java Web多种技术开发可视化页面以及用户交互页面，来开发基于WRF模式气象数据的可视化展示和交互的网站。该网站包含多个数据可视化技术组件以及温度预测组件，使用该组件可以快速帮助用户可视化数据，并且用户可以有效地读取数据库中的气象数据并以图表形式进行历史气象数据分析，同时还能够帮助用户预测温度数据。以上完成了可视化WRF气象数据网站的开发。
　　综上，该网站能够帮助气象研究员操作、分析WRF模式的气象数据，帮助用户可视化并操作气象数据，可以获取可视化后的气象数据来分析数据规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要工作和组织结构

2．1 WRF模式

2．1．1 WRF模式概述

2．1．2 WRF模式资料处理流程

2．2 NetCDF文件

2．2．1 NetCDF文件概述

2．2．2 NetCDF文件内容

2．3．1 SSH框架概述

2．3．2 SSH的基本流程

2．3．3 SSH三个框架概述

2．4 WebGL技术

2．4．1 WebGL概j查

2．4．2 WebGL工作过程

2．4．3 WebGL图形管线

2．5 NCL可视化技术

2．5．1 NCL概述

2．5．2 NCL绘图流程

2．6 本章总结

第三章 多组件融合的WRF模式气象数据网站可视化设计

3．1 网站开发的总体目标和原则

3．1．1 网站开发的总体目标

3．1．2 网站的开发原则

3．2 网站技术路线

3．3 网站数据流程

3．3．1 网站数据流程概述

3．3．2 网站数据流程的详细介绍

3．4 网站架构设计

3．4．1 网站的总体框架

3．4．2 SSH框架与MVC三层架构

3．5 网站功能模块设计

3．5．1 网站总功能介绍

3．5．2 具体功能模块概述

3．6 数据库设计

3．7 本章小结

第四章 网站数据源简介及开发环境的搭建

4．1 WRF模式模拟数据源

4．1．1 凡亚比台风概述

4．1．2 WRF模拟凡亚比台风配置

4．1．3 NetCDF文件中气象物理量说明

4．2 SSH框架、WebGL环境搭建

4．2．1 搭建SSH框架

4．2．2 WebGL环境配置

4．3 Eclipse下WebGL编程

4．4 Eclipse下NCL编程

4．5 本章小结

第五章 多组件融合的WRF模式气象数据网站可视化实现

5．1 NetCDF文件数据读取与处理

5．1．1 NetCDF文件数据读取

5．1．2 WRF数据处理

5．2 墨卡托投影

5．2．1 墨卡托投影概述

5．2．2 墨卡托应用地球绘制

5．3 可视化算法

5．3．1 光线投射算法原理

5．3．2 光线投射算法分析

5．3．3 WebGL实现光线投射算法

5．4 温度预测及可视化

5．4．1 WRF模式温度数据预测算法

5．4．2 PSO算法、SVR算法和PSO-SVR算法描述

5．4．3 实验结果与分析

5．4．4 PSO-SVR算法的应用

5．5 颜色传输函数

5．5．1 颜色传输函数作用

5．5．2 颜色传输函数分析

5．5．3 颜色传输函数设计

5．6 多组件融合的交互式可视化图形库

5．7 用户交互机制

5．7．1 用户交互机制分析

5．7．2 用户交互机制类实现

5．8 本章小结

第六章 多组件融合的WRF模式气象数据网站可视化测试

6．1 网站环境测试

6．2 网站功能测试

6．2．1 文件处理和数据入库

6．2．2 地球模型测试

6．2．3 气象要素数据可视化测试

6．2．4 NCL可视化气象数据显示

6．2．5 云可视化显示

6．2．6 辅助功能测试

6．3 本章小结

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

作者简介

致谢