2016 Vis5D在热带气旋生消演变气象虚拟仿真教学中的应用_马旭林.pdfVIP

2016年7月 教育教学论坛 Jul.2016 第29期 EDUCATIONTEACHINGFORUM NO.29 Vis5D在热带气旋生消演变气象虚拟仿真教学中的应用 1 2 1 马旭林，赵伟林，徐 威 （南京信息工程大学 1.大气科学学院；2.教务处，江苏 南京 210044） 摘要：Vis5D是美国威士康星-麦迪逊大学研发的数值模拟可视化系统，通过数据的导入实现数据的可视 化，文章以Vis5D为平台，以热带气旋生消演变为虚拟仿真对象，通过模式数据的导入，实现热带气旋的生消演 变的模拟，通过B/S模式的立体资源展示，以解决课堂教学中学生对热带气旋生消演变不直观等问题。本文以 热带气旋生消演变过程模拟为例，旨在提出气象虚拟仿真切实有效的方法，以提高气象虚拟仿真的质量与效 率。 关键词：Vis5D；虚拟仿真；热带气旋 中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）29-0244-03 一、Vis5D软件简介 热带气旋也被称为台风。登陆后的台风常伴随狂风、 虚拟仿真教学主要为一些高危、成本较高，以及 暴雨等天气现象，给人类社会带来巨大损失。我国濒 难以在现实中实现的实验提供一种可靠、安全和经济 临西北太平洋，拥有漫长的海岸线，而西北太平洋地 的代替方式，有效突破了真实实验中实验条件、实验 区是热带气旋生成最多的区域，平均每年达到热带风 成本、交互性和安全性等方面的局限。 目前虚拟仿真 暴强度及以上的热带气旋有26个，占全球总数的三分 已经在煤矿、仪器、高危实验等众多项目中得到广泛 之一。这使我国成为全球受台风影响最严重的国家之 应用。对于气象专业学生来说，由于研究对象的复杂 一。因此对热带气旋的学习是我国气象专业学生学习 性、多变性等因素，气象专业的虚拟仿真教学一直在 过程中必不可少的一部分。影响台风发生发展过程的 探索中。 目前，虚拟仿真软件有Unity3D、3DMax、Maya因素众多，包括大尺度环流、海温、湿度等。在以往的 等虚拟仿真软件，然而由于云、雨、雾等虚拟对象的特 课堂中，通过静态的卫星云图以及从高空拍摄的俯视 殊性，模拟的效果很难满足学生对气象系统模拟的需 视频给学生讲解热带气旋的产生与消亡的过程，学生 要。Vis5D是美国威士康星-麦迪逊大学研发的可视化只能根据已有的影像资料来感受台风生消演变的过 系统，用于数值预报和相类似的格点数据的可视化分 程，无法直观的对热带气旋进行探索。图1是热带气旋 析研究，其数据可以是数值天气预报模式的输出数 的截面图，以往的教学中，只能根据类似的图片对学 据、地面观测数据或其他类似数据。是一款针对气象 生进行讲解，虽然能让学生对台风结构有一个比较直 虚拟仿真的专业软件，通过五维空间变量即纬度、经 观的了解，但是对台风的运动过程，影响台风路径的 度、高度、以及时间和各种物理变量等进行数据的可 因素无法进行细致的模拟。 目前，热带气旋生消演变 视化仿真。不同于一般的仿真软件，Vis5D是由模拟数的理论模拟已经初步建立，表征海温、地形、风切变等 据得到的仿真效果，其仿真程度得到较高的准确性。 影响热带气旋发生发展机制的教学材料愈发繁多，这 Vis5D在我国气象模拟中的应用早已有之，贝刚早在 2000年提出“用Vis5D软件包在PC机上实现模式预报 输出结果的可视化”。屠妮妮等在2007年《一种四维绘 图软件V is5d使用要点简述》中介绍了Vis5D的安装、 编译、数据的转换、地图文件的设置以及模拟的效果 图。由于Vis5D软件具有开放性，数值模拟可视化的易 操作性，受到国内学者的广泛关注。 二、热带气旋虚拟仿真的必要性 热带气旋是发