Les infographistes de l'ETH ont analysé la formation des nuages ​​et le flux d'air dans des situations météorologiques à haute résolution et ont visualisé une situation météorologique à haute résolution en 3D. L'industrie aéronautique et les météorologues pourront peut-être bénéficier de cette méthode de visualisation à l'avenir.

La visualisation joue un rôle énorme dans l'étude des données météorologiques, comme la température, la pression atmosphérique et la teneur en eau des nuages ​​de l'atmosphère. L'affichage graphique de ces données est assez naturel, car il possède des repères spatiaux clairs et est très simple à superposer sur des cartes.

Les représentations bidimensionnelles sont actuellement la norme en météorologie, à la fois dans la recherche et à des fins de prévisions météorologiques. Ces visualisations simples sont adéquates dans la plupart des cas. Cependant, Quelques processus, comme la formation verticale de nuages ​​au cours du temps, sont difficiles à étudier en deux dimensions.

Visualisation en nuage en trois dimensions

C'est pourquoi les infographistes d'une équipe dirigée par le professeur d'informatique de l'ETH Markus Gross ont développé des approches basées sur des simulations météorologiques numériques pour visualiser la formation et la dynamique des nuages ​​et des courants d'air en trois dimensions à haute résolution.

Les chercheurs ont présenté leurs travaux lors de deux conférences internationales d'experts. Selon Tobias Gunther, un scientifique senior dans l'équipe de Gross, les nouvelles méthodes de visualisation 3D ont été bien accueillies par les participants. Pour sa thèse de licence, Noël Rimensberger, supervisé par Günther, développé et étendu la méthodologie et calculé les visualisations sur ordinateur.

Les visualisations de Rimensberger étaient basées sur le vent, données de nuages ​​et de pluie mises gratuitement à la disposition de la communauté scientifique dans le cadre du concours international de visualisation scientifique IEEE. La simulation sous-jacente recrée les conditions météorologiques de la soirée du 26 avril 2013 et a été développée dans le cadre d'un projet de recherche météorologique à grande échelle appelé HD(CP)², auquel plus de 100 chercheurs de 19 institutions ont participé.

L'étudiant en informatique a combiné des algorithmes existants pour visualiser la formation des nuages ​​et les courants d'air, appliquer les méthodes récentes utilisées dans le domaine de la recherche en visualisation scientifique.

Explorer de nouvelles possibilités

Rimensberger souligne qu'il était moins intéressé par le développement d'outils de prévision viables pour la météorologie que par l'exploration des possibilités de « représenter les données météorologiques d'une manière relativement simple, manière compréhensible". La valeur pour la science est que les graphiques 3-D révèlent quelque chose qui n'est pas visible avec les graphiques 2-D, et ainsi fournir une meilleure image globale.

Par exemple, Les visualisations de Rimensberger montrent comment les nuages ​​se forment au-dessus de l'Allemagne et changent au fil du temps, comment ils sont transportés vers le haut par les courants ascendants, puis transportés par les vents dans la troposphère à plus de 10 kilomètres au-dessus du sol. Les zones nuageuses avec une teneur en eau et en glace identiques sont représentées dans des couleurs différentes.

L'étudiant en informatique a également analysé les courants d'air. Les lignes représentent les trajets des colis aériens, et leurs couleurs indiquent de combien une parcelle d'air tourne autour de son propre axe. La longueur des lignes renseigne sur la distance parcourue, et visualise ainsi la vitesse d'écoulement. Les nuages ​​ascendants créent des turbulences qui provoquent une vorticité plus forte ou des changements de trajectoire. Les deux peuvent être lus à partir des lignes de chemin.

Rimensberger a également superposé les trajectoires de vol des avions de passagers au décollage aux simulations de formation de nuages. "Je voulais savoir si et comment les zones de tempête affectent le trafic aérien, " il dit.

Les trajectoires de vol des avions décollant de Francfort, cependant, traverser de part en part les cellules orageuses simulées. Un seul avion, décoller de Munich, évite juste une cellule de pluie sur Ratisbonne. Rimensberger conclut que les tempêtes n'étaient pas assez fortes pour justifier le réacheminement du trafic aérien ou que trop peu de données de mesure étaient disponibles.

Les nouvelles visualisations simplifient la classification des formations nuageuses car elles peuvent « révéler » des nuages ​​qui ne sont pas observables à partir de satellites au-dessus ou depuis le sol. Une comparaison avec la catégorisation 2D conventionnelle d'aujourd'hui a montré que les nouveaux algorithmes peuvent également révéler des structures de nuages ​​empilées.

Révéler des structures cachées

"La valeur scientifique de notre visualisation réside dans le fait que nous rendons visible quelque chose qui était impossible à voir avec les outils existants, " dit Rimensberger. Il n'est pas tout à fait prêt pour les simulations en temps réel, toutefois. Des graphismes complexes comme ceux des courants d'air à travers toute l'Allemagne, par exemple, ne sont pas encore devenus une pratique conventionnelle. "Les calculs nécessaires pour cela sont encore trop lents. Nous essayons d'améliorer cela avec de meilleurs algorithmes, " ajoute Günther. " Mais il serait possible d'intégrer certaines des visualisations ou, par exemple, classifications cloud dans les outils existants maintenant."

Pour le contrôle aérien, la visualisation de régions de turbulence ou de régions à forts courants ascendants et à développement de tempêtes pourrait également être intéressante.

Des projets de suivi sont prévus ou déjà en cours, telles que l'analyse interactive de grands ensembles de données météorologiques. Les infographistes travaillent également à rendre plus visibles les structures clés de ces données et à accélérer les visualisations complexes des courants d'air. Et qui sait, peut-être qu'un jour, le présentateur météo de la télévision pointera vers des cartes météo en 3D basées sur les algorithmes de l'ETH.