09.20 數據可視化——大氣中的懸浮顆粒

數據可視化——大氣中的懸浮顆粒

2018年8月23日的地球(來源:美國航空航天局)

深呼吸。雖然地球的空氣看起來很乾淨,但可以肯定的是你每天都會吸入無數個固體顆粒和液滴,這些無處不在的小顆粒就是懸浮微粒,它們普遍存在於山、海洋、沙漠、冰、森林中,存在於所有生態系統中。

火災產生的濃煙、火山爆發產生的灰燼或空氣中的灰塵都屬於懸浮微粒。Terra、Aqua、Aura和Suomi NPP這些衛星都“看到”過這些微粒,它們為我們提供了從幾十萬米的高空向下俯視的視角。美國航空航天局(NASA)的模型中一個叫做GEOS FP的版本給我們提供了一個廣闊的視角來觀察在大氣中“旋轉跳躍”的顆粒。

下圖的可視化是用一個這個模型製作的地球懸浮顆粒圖像,時間為2018年8月23日。當天,大量的煙霧飄浮在北美和非洲上空,三種不同的熱帶氣旋活動在太平洋上空,還有大量的灰塵飄浮在亞非大陸上。

数据可视化——大气中的悬浮颗粒

如圖所示,颶風產生的海鹽懸浮微粒(藍色)形成了肉眼可見的巨大漩渦,威力足以將閣樓捲入到浪花飛沫中。炭黑粒子(紅色)存在於燃燒排放物中,汽車和工廠的排放物也是其來源之一。灰塵用紫色表示,如撒哈拉沙漠中的沙塵。這個可視化作品還包含了夜晚燈光的數據,很明顯,越明亮的地方越繁華。

数据可视化——大气中的悬浮颗粒

注意,圖中的懸浮微粒並不是直接展示衛星數據,GEOS FP模型同所有的天氣和氣候模型一樣,使用代表物理過程的數學方程式來計算當天大氣中發生了什麼。物理狀況的測度如溫度、溼度、懸浮微粒和風都被程式化地疊加到模型中,以模擬真實世界的情況。

有些數據來自衛星,有些則是由地面傳感器收集到的。火焰輻射功率數據來自於Aqua和Terra衛星中的MODIS傳感器,收集到之後直接加入到模型中。這種類型的數據包括位置信息和火焰密度,模型要使用這些數據來計算炭黑顆粒的活動。

圖中繪製的一些事件對應著地面上的問題。8月23號,當颶風Lane靠近時,夏威夷下起了傾盆大雨,引發了嚴重的洪災和塌方;同時雙熱帶氣旋Soulik和Cimaron即將進入朝鮮和日本;中非上方的煙羽季節性發生,主要來源是農民為了農作物和牧場而燒的火;北美上方的大部分煙來自於加拿大和美國的大型火災。


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