气象图形显示原理与方法

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出版者:科学出版社
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页数:0
译者:
出版时间:1991-06-01
价格:10.6
装帧:
isbn号码:9787030022295
丛书系列:
图书标签:
  • 气象学
  • 气象可视化
  • 图形显示
  • 数据可视化
  • 科学计算
  • GIS
  • 遥感
  • 图像处理
  • Python
  • Matplotlib
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具体描述

好的,这是一份关于气象图形显示原理与方法的图书简介,旨在详细介绍该领域的核心内容,同时不包含您提供的书名本身及其直接相关联的冗余信息。 --- 气象信息可视化与数据呈现技术:原理、实践与前沿探索 本书简介 在当今社会,对气象数据的准确、及时、直观呈现已成为气象服务、灾害预警和科学研究不可或缺的一环。本书全面深入地探讨了现代气象信息可视化和数据呈现的技术体系,旨在为读者构建一个扎实的理论基础和丰富的实践经验。内容涵盖了从基础数据结构到高级动态渲染,再到人机交互设计的完整流程,重点关注如何将复杂、多维度、时变的气象数据转化为易于理解的视觉产品。 本书结构严谨,内容详实,尤其适合气象信息技术人员、地理信息系统(GIS)开发者、遥感数据处理工程师,以及对气象可视化有浓厚兴趣的科研工作者和高等院校师生。 第一部分:气象数据的基础与预处理 第一章:气象数据的特性与结构 本章首先界定了气象数据的基本属性,包括其时空一致性、多源异构性及海量性。详细阐述了标准气象观测数据格式(如 BUFR, GRIB, NetCDF)的内部结构和编码方式。讨论了如何高效地解析和存储这些数据,为后续的可视化准备奠定基础。重点分析了网格数据(Gridded Data)和站点数据(Station Data)在内存组织上的差异及其对渲染效率的影响。 第二章:数据预处理与质量控制 有效的可视化依赖于高质量的输入数据。本章聚焦于数据预处理流程。内容包括:异常值检测与插值技术(如克里金法、反距离加权法)在填补缺失数据和数据平滑中的应用;多尺度分析以适应不同分辨率的显示设备;以及如何对不同气象要素(如温度、湿度、风场、降水强度)进行标准化和归一化处理,确保不同数据层级的可比性。 第三章:可视化基础理论与感知心理学 本章深入探讨了视觉传达的底层原理。介绍了计算机图形学中关于颜色模型(RGB, HSV, CIELAB)在区分气象要素中的适用性,特别是针对人眼对色彩饱和度和亮度的敏感性在预警信息中的应用。讨论了格式塔心理学原理在构建清晰气象图表中的指导作用,以及信息密度与视觉负荷之间的平衡艺术。 第二部分:静态信息的高效表达 第四章:二维平面图表的构建与优化 本部分专注于二维气象图的绘制技术。详细讲解了等值线(Contour Lines)的生成算法(如行进方块法),及其在高梯度区域的平滑处理。对于矢量场数据(如风场),本书重点介绍了流线图(Streamline)、箭头图(Arrow Plot)和使用纹理技术(Texture Mapping)实现的风场可视化方案的优缺点比较。此外,还探讨了复合图层叠加技术,例如将天气符号叠加在背景等压线上。 第五章:三维地形与地表要素的融合 气象现象往往与地理环境紧密相关。本章讲解了如何将气象数据映射到数字高程模型(DEM)上,实现三维地形的可视化。内容包括纹理贴图技术在模拟地表覆盖物(如植被、城市建筑)对微气候影响时的应用。讨论了透视投影与正射投影的选择,以及如何在三维空间中准确表示大气边界层的高度信息。 第六章:符号学与信息编码的精细化设计 本章专注于非连续性气象信息的有效表达。详细分析了不同天气现象符号(如云、雾、雷暴的国际标准符号)的设计规范和渲染细节。探讨了如何利用形状、大小、动态纹理等多种视觉变量,编码例如“阵雨强度”或“冰雹概率”这类具有不确定性的信息,避免视觉歧义。 第三部分:时变数据的动态呈现与交互 第七章:时间序列数据的动态化处理 气象数据本质上是时变的。本章详细介绍了时间序列气象数据可视化的核心技术。涵盖了动画序列的生成、帧率控制与插帧技术,以确保运动的平滑性。重点阐述了时间轴的设计、回放控制机制(播放、暂停、快进、快退)以及如何实现数据的“时间切片”浏览。 第八章:实时数据流的渲染管线 针对天气预警和实时监测需求,本章探讨了高性能的实时渲染管线构建。介绍了基于图形处理单元(GPU)的计算流(Compute Shaders)在快速数据插值和图元生成中的应用,以应对高频次数据更新。讨论了数据降采样策略,确保在低带宽或低性能设备上仍能提供流畅的视觉体验。 第九章:人机交互设计与用户体验 优秀的气象可视化工具必须具备直观的交互性。本章深入研究了气象信息系统中常用的交互范式,包括缩放(Zooming)、平移(Panning)、过滤(Filtering)和钻取(Drilling Down)。重点分析了“概览+细节”的交互模式在浏览大范围天气形势图时的有效性,并探讨了触控界面(如地图手势操作)在移动气象应用中的优化策略。 第四部分:高级应用与未来趋势 第十章:多维耦合数据的可视化挑战 气象系统涉及温度、风速、气压、水汽等多个要素的耦合。本章探讨了如何在一个视图中有效地展现多维数据。介绍了体积渲染(Volume Rendering)技术在三维大气层结构(如云体、水汽分布)的可视化中的应用,以及如何利用光照和材质属性来区分不同的物理场。 第十一章:移动平台与低功耗设备的优化策略 随着移动设备的普及,气象信息的可视化必须适应不同的屏幕尺寸和计算能力。本章提供了针对移动端优化的渲染技巧,包括基于设备的LOD(Level of Detail)选择、减少过绘制(Overdraw)以及选择高效的着色器代码,以延长电池寿命并保持高帧率。 第十二章:前沿技术在气象可视化中的探索 本章展望了该领域的前沿发展。讨论了虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术在沉浸式气象数据分析中的潜力,例如通过佩戴设备直接“行走”于三维大气场中。同时也探讨了机器学习辅助的可视化设计,如何根据用户反馈自动优化色彩方案和图表布局。 --- 本书力求在理论深度和工程实践之间取得完美平衡,通过丰富的案例分析和技术细节的剖析,为读者提供一套系统、前沿的气象信息视觉化解决方案。掌握本书内容,将能有效提升复杂气象数据的解析、处理和最终呈现能力。

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这本书中关于天气预报中的图形符号和标准表示法的部分,让我受益匪浅。在日常接触天气信息时,我们经常会看到各种复杂的符号,比如表示晴、多云、阴、雨、雪、雷阵雨等天气现象的图标,以及表示风向、风力、气压、温度等数值的等值线和箭头。这本书非常系统地梳理了这些符号的来源和含义,并且解释了它们背后的科学逻辑。例如,为什么表示风的符号会有不同的羽毛数量,以及它们代表着不同的风力等级;为什么表示降水的图标会有不同的形状和密度,以及它们对应着不同的降水类型和强度。作者还讲解了不同国家和地区在天气符号使用上可能存在的细微差异,以及国际气象组织是如何努力推动标准化的。这部分内容不仅仅是符号的介绍,更像是一本气象“百科全书”,帮助我们理解这些图形语言的规范性和严谨性。读完这部分,我感觉自己对天气预报图的理解又上了一个台阶,不再是模糊的印象,而是能够准确地解读每一个符号所传达的精确信息。

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本书在介绍气象图形显示技术时,涉及到的计算机图形学原理和图像处理算法,让我对幕后工作有了更深入的了解。我一直以为气象图形都是手工绘制的,但这本书彻底改变了我的认知。作者详细解释了计算机如何利用各种算法,将原始的气象数据转化为我们看到的精美图形。例如,在生成等值线时,如何运用布兰森算法(Bresenham's line algorithm)来绘制平滑的线条;在处理卫星云图时,如何运用图像增强技术来突出云层的细节;以及如何利用三维渲染技术来创建具有立体感的地理模型。书中对各种图像格式(如PNG, JPEG, GIF)在气象信息发布中的应用也进行了简要介绍,以及如何利用这些格式来优化图形的显示效果和传输效率。这让我明白,我们看到的每一个精美的天气图,都凝聚了大量的计算机科学和技术。对于对计算机图形学和图像处理感兴趣的读者来说,这部分内容极具启发性。

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在阅读这本书关于卫星云图及其显示方法的章节时,我最大的感受就是“所见非所得”。过去,我习惯性地将卫星云图看作是天空中云朵的“照片”,但这本书彻底颠覆了我的这一认知。作者深入浅出地讲解了卫星遥感的基本原理,包括电磁波与地球大气层的相互作用,以及不同传感器如何捕捉和区分地表、云层以及大气中其他成分的辐射信息。让我惊讶的是,我们常看到的可见光云图,实际上只是捕捉特定波段的可见光反射,而红外云图和水汽云图,则是利用不同温度或湿度条件下物体发出的红外辐射来成像。不同云图的组合使用,可以提供关于云层高度、类型、温度以及水汽含量等丰富的气象信息,这对于判断天气系统的发展和移动至关重要。书中对于不同卫星云图的辨识技巧进行了详细的指导,例如如何通过云层的纹理、亮度和阴影来判断云的厚度,如何识别冷暖云,以及如何通过云系的结构来预测未来天气变化。作者还讲解了如何将这些原始的遥感数据转化为我们日常所见的“彩色”云图,其中涉及的图像处理和色彩映射技术,是之前我从未深入了解过的。

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这本书中关于数值天气预报模型的输出产品及其图形化处理的章节,简直就是打开了一扇通往“未来天气”的大门。过去,我总觉得天气预报像是一种“猜”,但读完这部分,我才明白其背后是多么复杂而精确的科学计算。作者详细介绍了数值天气预报的基本原理,包括如何利用大量的观测数据(如地面站、卫星、雷达等)作为初始条件,然后通过一系列复杂的物理方程和数值算法,模拟大气未来的演变过程。让我印象深刻的是,书中不仅介绍了不同时间尺度的预报模型(如短期、中期、长期),还深入讲解了模型输出的各种变量(如温度、湿度、风场、降水等)是如何被转化为我们看到的各种预报图。例如,如何将模型计算出的逐小时降水量,转化为彩色的降水概率图或累计降水图;如何将模型预测的温度变化,转化为不同颜色的等温线图。书中对这些图形的解释,不仅仅是告诉我们“是什么”,更重要的是解释了“为什么是这样”,以及这些图形的局限性和不确定性。这让我对天气预报的科学性有了更深的认识,也更能理解预报结果的可靠性。

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这本书中关于气象图形在不同应用场景下的需求分析,让我对气象信息服务的多样性有了新的认识。以往,我主要从普通公众接收天气预报的角度来理解气象图形,但这本书则将我的视野拓宽到了更广泛的领域。作者详细阐述了气象图形在航空、航海、农业、水利、城市规划、环境保护等不同行业中的具体应用和特殊需求。例如,在航空领域,需要精确的高空风场图和天气颠簸预报图;在航海领域,需要海洋气象要素图,如浪高、海流等;在农业领域,则需要关注霜冻、干旱等对作物生长有影响的气象信息。书中通过大量的实例,展示了不同应用场景下对气象图形的格式、精度、更新频率以及信息内容等方面的不同要求。这让我明白,气象图形的制作和发布,是一个高度专业化且服务于具体需求的领域,远非简单的信息呈现。它需要深入理解不同行业的工作流程和决策需求,才能提供真正有价值的气象服务。

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这本书的内容,虽然我还没完全读透,但仅仅是前几章关于气象图形基础概念的阐述,就让我对曾经司空见惯的卫星云图、雷达回波图以及各种天气预报图有了全新的认识。作者在讲解时,并没有直接跳入复杂的算法和模型,而是循序渐进地从最基础的物理量,比如温度、气压、湿度,是如何被采集、量化,并最终转化为我们肉眼可见的图形元素的,都进行了非常细致的描述。这一点非常重要,因为很多时候我们看到的只是结果,却忽略了其背后的科学原理。例如,书中关于等压线和等温线的绘制方法,不仅仅是简单的连线,还涉及到插值算法、平滑处理等一系列严谨的数学和计算机科学过程。我尤其喜欢作者在讲解等值线生成原理时,引用了一些实际气象观测数据作为例子,并一步步展示了如何通过这些离散的数据点,构建出连续且具有物理意义的等值线图。这不仅仅是理论的堆砌,而是将抽象的科学概念与实际应用紧密结合,让读者能够真切地感受到气象数据的“生命力”。此外,书中对不同气象要素的表示方法,如风场用风矢表示、降水用不同颜色和符号表示等,也进行了深入浅出的讲解,让我明白为何会采用这些特定的视觉符号,它们背后蕴含着怎样的信息和含义。读完这部分,我感觉自己不再只是一个被动接收信息的天气预报观众,而是能够开始理解那些图形背后的语言。

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在探讨气候变化和极端天气事件的图形显示方法时,这本书提供了非常独特的视角。以往我们更多地关注短期的天气变化,但这本书则将视角拉长,让我们看到了地球气候系统正在发生的长期变化。作者通过丰富的图表,展示了全球平均气温的上升趋势,海平面高度的变化,以及极端天气事件(如热浪、干旱、洪水、强风暴等)发生频率和强度的变化。我尤其对书中关于全球气候模式(GCMs)输出数据的图形化处理方法感到好奇。这些模式模拟的是未来气候情景,其输出数据量庞大且复杂,如何将其转化为直观易懂的图形,是科学家们面临的一大挑战。书中列举了一些生动的例子,例如如何利用投影图展示不同区域的未来降水变化,如何利用时间序列图展示极端事件发生概率的变化。这让我明白,气候变化并非遥不可及的抽象概念,而是可以通过科学的图形来量化和展示的现实。这本书不仅仅是展示数据,更是通过图形,引发我们对地球未来的思考。

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关于天气预报和气象信息传播中的可视化技巧,这本书的内容非常实用。它不仅仅停留在理论层面,更是深入探讨了如何通过巧妙的图形设计,将复杂的气象信息以最直观、最易于理解的方式传达给公众。作者详细讲解了色彩选择、比例尺运用、信息层级划分以及动画技术等在气象图形设计中的重要性。例如,为什么预报温度时通常会使用暖色调来表示高温,冷色调来表示低温;为什么不同强度的降水会用不同深浅或不同颜色的区域来表示;以及如何通过风场动画来直观地展示风的流动方向和速度。我特别欣赏书中关于“信息可视化”与“用户体验”相结合的理念。作者强调,好的气象图形不应仅仅是数据的堆砌,而应该能够引导用户快速获取关键信息,并做出相应的决策。书中还分析了一些优秀的气象图例,并探讨了其成功之处,这对于我理解如何更好地设计和解读气象图形非常有帮助。

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我对这本书中关于多普勒雷达数据在图形显示中的应用部分印象尤为深刻。通常我们看到雷达图时,往往只能直观地感受到雨雪的强度和范围,但这本书则将我们带入了更深层次的理解。作者详细阐述了多普勒雷达如何通过发射和接收电磁波,探测降水粒子的径向速度,以及如何将这些速度信息转化为可视化的图形。书中对径向速度的概念进行了清晰的解释,并着重分析了为什么会出现“绿区”和“红区”的现象,它们分别代表了朝向雷达和远离雷达的运动。这种可视化处理,远比静态的降水强度图更能揭示天气系统的动力学特征,例如龙卷风的形成往往伴随着特定的速度场结构,而这些结构在图形上能够被精准地捕捉和显示。作者还讲解了如何通过组合速度和反射率(即降水强度)信息,来更准确地识别和预测强对流天气,如飑线和超级单体。书中的配图非常丰富,包括了不同类型雷达图的实例,并对图中关键区域的解读进行了详细说明。这让我明白,多普勒雷达图不仅仅是“有没有雨”的判断,更是对“雨在如何运动”的洞察。对于想要深入了解雷达气象学的朋友来说,这部分内容无疑是宝贵的财富。

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关于高空天气图的图形显示方法,这本书的讲解让我对我们头顶上那片看不见的大气有了更直观的认识。以往,我关注的天气预报更多集中在地面情况,而这本书则将我带入了平流层和对流层中上部,展示了那里的天气系统是如何运作的。作者详细介绍了高空图(如等压面图、等高面图)的绘制原理,包括如何通过探空气球、飞机等方式获取高空气象数据,以及如何利用插值和网格化技术将这些离散的数据点转化为连续的等压面或等高面。我特别对书中关于“槽”和“脊”的讲解印象深刻,理解了它们在高空大气环流中的作用,以及它们如何影响地面的天气变化。例如,高空槽的后部往往伴随着冷空气的侵入,可能导致地面的气温下降和天气转坏。书中还展示了如何利用高空图来分析大尺度天气系统,如西风带的波动、急流的位置和强度等,这些都是影响天气变化的重要因素。通过书中丰富的图示,我能够清晰地看到那些宏观的“气流河流”,以及它们是如何驱动着下方更复杂的局部天气现象。

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