Los especialistas en gráficos por computadora de ETH han analizado la formación de nubes y el flujo de aire en situaciones meteorológicas de alta resolución y han visualizado una situación meteorológica de alta resolución en 3-D. La industria de la aviación y los meteorólogos pueden beneficiarse de este método de visualización en el futuro.

La visualización juega un papel muy importante en el estudio de los datos meteorológicos, como la temperatura, la presión del aire y el contenido de agua de la nube de la atmósfera. Mostrar estos datos gráficamente es bastante natural, ya que tiene claros puntos de referencia espacial y es muy simple de superponer en mapas.

Las representaciones bidimensionales son actualmente el estándar en meteorología, tanto en la investigación como en el ámbito de las previsiones meteorológicas. Estas simples visualizaciones son adecuadas en la mayoría de los casos. Sin embargo, algunos procesos, como la formación vertical de nubes a lo largo del tiempo, son difíciles de estudiar en dos dimensiones.

Visualización de nubes tridimensionales

Es por eso que los especialistas en gráficos por computadora en un equipo dirigido por el profesor de ciencias de la computación de ETH Markus Gross han desarrollado enfoques basados ​​en simulaciones meteorológicas numéricas para visualizar la formación y la dinámica de las nubes y las corrientes de aire en tres dimensiones y en alta resolución.

Los investigadores presentaron su trabajo en dos conferencias internacionales de expertos. Según Tobias Günther, un científico senior en el equipo de Gross, los nuevos métodos de visualización en 3-D fueron bien recibidos por los asistentes. Para su tesis de licenciatura, Noël Rimensberger, supervisado por Günther, desarrolló y amplió la metodología y calculó las visualizaciones en la computadora.

Las visualizaciones de Rimensberger se basaron en el viento, Los datos de nubes y lluvias se ponen a disposición de la comunidad científica de forma gratuita como parte del Concurso internacional de visualización científica IEEE. La simulación subyacente recrea las condiciones meteorológicas de la noche del 26 de abril de 2013 y se desarrolló como parte de un proyecto de investigación meteorológica a gran escala denominado HD (CP) ². en el que participaron más de 100 investigadores de 19 instituciones.

El estudiante de informática combinó algoritmos existentes para visualizar la formación de nubes y las corrientes de aire, aplicando métodos recientes utilizados en el campo de investigación de la visualización científica.

Explorando nuevas posibilidades

Rimensberger enfatiza que estaba menos interesado en desarrollar herramientas predictivas viables para la meteorología que en explorar las posibilidades de "representar datos meteorológicos de una manera relativamente simple, forma comprensible ". El valor para la ciencia es que los gráficos en 3-D revelan algo que no es visible con los gráficos en 2-D, y así proporcionar una mejor imagen general.

Por ejemplo, Las visualizaciones de Rimensberger muestran cómo se forman las nubes sobre Alemania y cambian con el tiempo, cómo son transportadas hacia arriba por corrientes ascendentes y luego transportadas por los vientos en la troposfera a más de 10 kilómetros sobre el suelo. Las zonas de nubes con un contenido idéntico de agua y hielo se muestran en diferentes colores.

El estudiante de informática también analizó las corrientes de aire. Las líneas representan las trayectorias de los paquetes aéreos, y sus colores indican cuánto gira una parcela de aire alrededor de su propio eje. La longitud de las líneas proporciona información sobre la distancia recorrida, y así visualiza la velocidad del flujo. Las nubes ascendentes crean turbulencias que provocan una vorticidad más fuerte o cambios en la trayectoria. Ambos se pueden leer en las líneas de ruta.

Rimensberger también superpuso las trayectorias de vuelo de los aviones de pasajeros que despegaban en las simulaciones de formación de nubes. "Quería saber si las zonas de tormentas afectan el tráfico aéreo, " él dice.

Las trayectorias de vuelo de los aviones que despegan de Frankfurt, sin embargo, cruzar a la derecha a través de las células de tormenta simuladas. Solo un avión despegando de Munich, simplemente evita una celda de lluvia sobre Ratisbona. Rimensberger concluye que las tormentas no fueron lo suficientemente fuertes como para justificar el desvío del tráfico aéreo o que se disponía de muy pocos datos de medición.

Las nuevas visualizaciones simplifican la clasificación de las formaciones de nubes, ya que pueden "revelar" nubes que no se pueden observar desde los satélites sobre o desde el suelo. Una comparación con la categorización 2-D convencional actual mostró que los nuevos algoritmos también pueden revelar estructuras de nubes apiladas.

Revelando estructuras ocultas

"El valor científico de nuestra visualización radica en el hecho de que hacemos visible algo que era imposible de ver con las herramientas existentes, ", dice Rimensberger. No está listo para simulaciones en tiempo real, sin embargo. Gráficos complejos como los de las corrientes de aire en toda Alemania, por ejemplo, aún no se han convertido en una práctica convencional. "Los cálculos necesarios para esto todavía son demasiado lentos. Estamos tratando de mejorar esto con mejores algoritmos, "añade Günther." Pero sería posible integrar algunas de las visualizaciones o, por ejemplo, clasificaciones de la nube en herramientas existentes ahora ".

Para el control del tráfico aéreo, La visualización de regiones de turbulencia o regiones con fuertes corrientes ascendentes y desarrollo de tormentas también podría ser de interés.

Los proyectos de seguimiento están planificados o ya están en curso, como el análisis interactivo de grandes conjuntos de datos meteorológicos. Los especialistas en infografía también están trabajando para hacer más visibles las estructuras clave de estos datos y acelerar las complejas visualizaciones de las corrientes de aire. Y quien sabe, quizás algún día el presentador del tiempo en televisión apuntará a mapas meteorológicos en 3-D basados ​​en los algoritmos de ETH.