空间天气预报模式集成可视化软件研究与实现

论文摘要

空间天气定量化预报技术及其集成项目是由国家卫星气象中心承担、中国科学院空间科学与应用研究中心参与的公益性行业（气象）科研专项课题,该项目聚集行业内研究力量,将国内（外）成熟的预报研究成果改造成面向业务的预报技术,初步构建空间天气定量化业务预报框架。本文依托该项目实现了空间天气预报模式集成可视化演示,设计出可复用、可扩展的空间天气预报模式集成可视化软件。本文在系统研究了日地空间天气要素及其预报模式、系统软件架构、可视化技术等相关技术之后,重点对空间天气预报模式集成可视化系统的软件架构设计与实现、预报模式可视化方法以及系统人机交互实现这三个方面进行了研究。本系统应用插件系统架构,解决了集成系统的扩展性、复用性、替换性和整合性的问题,可集成空间天气预报领域大多数模式的可视化显示。本文给出了本系统插件和平台划分的方法。系统采用Visual C++视窗编程语言,实现了集成系统可视化软件的平台/插件架构。在研究了可视化技术并分析空间天气要素及其预报模式的基础上,探讨了本系统中主要的可视化方式。采用TeeChart和OpenGL等软件模块完成预报模式插件的可视化实现,详细探讨了可视化实现过程中用到的等值线算法和颜色映射方法等关键技术。在分析三维场景漫游方式和控制的基础上,给出了集成可视化软件人机交互实现方法,该方法具有很好的复用性,能有效实现多种人机交互方式。通过课题的研究及系统的实现,为今后的空间天气预报模式集成和可视化显示积累了经验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 课题任务
• 1.2 课题的背景及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 仿真可视化软件
• 1.3.2 仿真可视化技术
• 1.3.3 模式集成
• 1.4 本文结构
• 第2章 空间天气及其预报模式
• 2.1 太阳/行星际区域
• 2.1.1 太阳风暴到达地球的时间预报
• 2.1.2 太阳黑子与F107 指数预报
• 2.1.3 X 级、M 级耀斑概率预报
• 2.1.4 日冕物质抛射（CME）预报
• 2.1.5 太阳质子事件（SEP）预报
• 2.1.6 太阳/行星际预报模式总结
• 2.2 太阳风/磁层耦合区域
• 2.2.1 地球弓激波和磁层顶位置的形状预报
• 2.2.2 极光卵分布预报模式
• 2.2.3 太阳风/磁层耦合预报模式小结
• 2.3 内磁层区域
• 2.3.1 地磁扰动及其预报
• 2.3.2 辐射带及其预报
• 2.4 电离层区域
• 2.4.1 电离层TEC 预报模式
• 2.4.2 电离层F2 区参量预报
• 2.4.3 电离层闪烁效应预报
• 2.5 中高层大气区域
• 2.6 本章小结
• 第3章 空间天气预报模式集成可视化软件框架设计
• 3.1 插件体系结构介绍
• 3.1.1 插件体系结构组成
• 3.1.2 插件体系结构优点
• 3.1.3 插件体系结构软件设计步骤
• 3.2 系统框架设计
• 3.3 系统模式集成实现
• 3.3.1 系统模式插件设计
• 3.3.2 系统平台实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 空间天气预报模式可视化研究
• 4.1 可视化技术
• 4.1.1 可视化流程
• 4.1.2 可视化分类
• 4.1.3 可视化方法
• 4.2 一维标量数据类型预报模式的可视化实现
• 4.2.1 TeeChart Pro ActiveX 介绍
• 4.2.2 F107 指数预报模式可视化
• 4.2.3 大气钠层预报模式可视化
• 4.3 二维标量场数据类型预报模式的可视化实现
• 4.3.1 采用颜色方法实现预报模式可视化
• 4.3.2 采用等值线方法实现预报模式可视化
• 4.4 不同尺度可视化渲染实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 视点交互控制设计
• 5.1 成像过程原理
• 5.2 设计灵活的照相机类
• 5.3 人机交互
• 5.4 小结
• 第6章 结论
• 6.1 本文完成的工作
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢