三维仿真实景让天气数据活起来

　　天气现象可能产生的后续影响与地形有着重要的关系，在车水马龙的大城市和地形多变的山区，相同的天气系统也会产生不同天气影响。而北京冬奥会不同赛区、不同场馆之间地形和天气特点差异较大，不同高度风向风速、温度湿度、云雨情况都可能不一致。为了提高精细化服务能力，生动直观展示天气状况，中国气象局气象探测中心创新性地将沙盘引入气象业务中，让气象保障服务从看图说话、看数字说话，延伸到利用三维仿真实景判断天气状况。
　　天气仿真实况沙盘是探测中心开展冬奥服务保障的VR虚拟仿真天气系统，沙盘里搭建了高分辨率地形、建筑、场馆、赛场、赛道等模型和场景，同时将气象站点数据和气象融合分析格点数据在虚拟仿真环境中展示，形成云、雨、雪等近乎真实的天气场景，通过与冬奥赛区的天气实况实时（近实时）联动，为冬奥期间重大活动保障提供可交互、可视化并且集天气实况分析监测于一体的在线服务模式，为冬奥气象保障工作保驾护航。
　　根据天气仿真实况沙盘研究团队介绍，国内之前仅做过较小场景降水和风场模拟沙盘，且要素较少。而天气仿真实况沙盘以北京赛区、延庆赛区、张家口赛区为载体，构建了基于实景的冬奥城市、赛区和场馆，并将53个冬奥赛区观测站点数据和探测中心1公里高分辨率实况分析场格点数据等多源数据融为一体，力求实现云、降雪、风等天气现象基于真实数据的模拟，以便形成真实场景和天气景象相对应的实景虚拟空间，为赛事天气实况监测和分析提供辅助。
　　图为天气仿真实况沙盘崇礼云顶公园场景中国气象局气象探测中心供图
　　从局地到涵盖全部赛区，从低分辨率到1公里高分辨率，从单一要素到多源数据融合、多要素监测，其难度不可同日而语。那么，如何将沙盘这一传统工具与现代化气象相结合，构建冬奥城市、赛区和场馆虚实结合的天气仿真实况沙盘？
　　天气仿真实况沙盘研究团队多管齐下，首先通过不断优化计算资源，为保证站点数据的实时性提供可能；其次，基于探测中心1公里分辨率实况分析场三维云数据、降水数据等，利用粒子系统技术研发基于空间格点数据的云模拟算法等，精确模拟云、雪等要素的空间覆盖范围、层次分布和持续时间，以便提供更加真实的场景模拟；同时，为了实现早预警、早行动，团队前期调研了影响赛事的各类观测要素的警戒值，当实况数据超过警戒值时，站牌数据对应变换，以示警戒。
　　团队成员介绍，天气仿真实况沙盘最大的特点就是直观性。据悉，为了更准确反映场馆等位置与信息，天气仿真实况沙盘建立了10米至30米高精度、高分辨率的仿真地形地貌场景及8个场馆高清模型，较高质量地完成了真实城市和场景环境的搭建与映射。用户可以从任何角度围观和观察，相较于平面地图，更能容易理解地形信息。此外，天气仿真实况沙盘可实时渲染包括站点数据、三维云数据、地面风场数据、降水数据等在内的实况数据并实现实时更新，服务期间最久延迟3分钟更新数据。为提高工作效率，天气仿真实况沙盘还提供基于既定路线的全场景自动巡游和基于鼠标、语音交互的定点定位漫游，精准、快捷地完成特定场景的监测分析。
　　这套天气仿真实况沙盘作为冬奥保障可视化现代业务体系的一部分，已在今年北京冬奥会和冬残奥会气象保障服务中得以充分应用。此后，该系统也将作为科普系统，为全国中小学提供科普学习场景。