A HAWK-2 meteorológiai munkaállomás
A HAWK-2 (Hungarian Advanced WorKstation) az OMSZ saját fejlesztésű, operatívan használt interaktív megjelenítő rendszere, amely lehetővé teszi az előrejelző szakember számára a napi munka során rendelkezésre álló igen nagy mennyiségű meteorológiai információ rendszerezését. A program az adatokat térképeken és speciális meteorológiai diagramokon (pl. emagram) is képes ábrázolni és különleges megjelenítési funkciói révén hatékony eszközt jelent az időjárási folyamatok és a numerikus előrejelzések áttekintéséhez.
A HAWK-2 HP-UX és Linux operációs rendszerek alatt működik, a grafikához az X Windows rendszert használja. A program szinte teljes egészében objektum orientált stílusban C++ nyelven íródott. A rendszer nagyszámú grafikus parancstáblát tartalmaz, amelyek Motif-fal lettek kifejlesztve. A program kizárólag az OMSZ saját, speciális formátumú adatait képes megjeleníteni, amelyek a legtöbb esetben egyedi felépítésű ún. netCDF (network Common Data Format) file-okban vannak eltárolva.
Előrejelzési mezők megjelenítése a HAWK-2 meteorológiai munkaállomáson
A HAWK-2 meteorológiai munkaállomás főbb jellemzői
•
A program grafikus felülete több ablakra tagolódik. Az ablakok egymástól függetlenül konfigurálhatók és tetszőleges mezőt képesek megjeleníteni.
•
A program felszíni és magaslégköri megfigyelések, villámlokalizációs mérések, radar- és műholdképek és előrejelzések tetszőleges kombinációjának megjelenítésére és nyomtatására képes.
•
Lehetőség van a betöltött mezők időbeli léptetésére és hurokfilmek készítésére is. Az ablakok képei a léptetés és az animáció során időben szinkronizáltan mozognak. A rendszer automatikusan frissíti a megjelenített információkat.
•
Minden esetben lehetséges a beállítások elmentése ill. visszatöltése. Lehetőség van a megjelenítési lépések elmentésére, ún. makrók definiálására is. Egyedi felhasználók létrehozásával az egyes felhasználók menü- és makró-struktúrája teljesen elkülöníthető egymástól.
•
A program a meteorológiai adatokat térképen és emagramon valamint térbeli és időbeli metszeteken képes megjeleníteni. A térképek és az emagram esetén tetszőleges mező ki- és visszanagyítható. A térképeknél többféle vetület és kivágat áll rendelkezésre, nagyszámú, interaktívan kiválasztható térképelemmel együtt (határok, folyók stb.). Lehetőség van a tengerek és szárazföldek eltérő színezésére és domborzati árnyékolással készült orográfia hátterek használatára is.
•
A megjelenített mezők kívánt pontjaiban a szkennelés funkció segítségével a meteorológiai változó pontos értéke is leolvasható.
•
Numerikus modellek terbeli mezői 3D nézetben is megjeleníthetőek.
•
A képernyő tartalmát a felhasználó elmentheti, kinyomtathatja, vagy e-mailen elküldheti.
•
A program nem csak passzív megjelenítőrendszer: frontszerkesztője segítségével a teljes fronttérkép az alkalmazáson belül elkészíthető, módosítható.
A HAWK-2 által megjelenített adatok
A numerikus előrejelzések általában szabályos földrajzi rácson megadott mezők formájában állnak rendelkezésre. Megjelenítésük többféleképpen történhet:
•
Térképes megjelenítés
-
Izovonalas, az izovonalak közötti terület színezésével kombinálva
-
Szélzászlók és szélvektorok rajzolása
-
Az aktuális időjárást jellemző szimbólumok (jelenidő) rajzolása
-
Spagetti diagramok (az ún. ensemble előrejelzések esetén)
•
Térbeli vertikális metszetek (interaktívan megadott függőleges sík mentén) rajzolása
•
Meteogramok rajzolása
•
Izofelületek 3D megjelenítése
Radaros mérések megjelenítése háromféle módon történhet:
•
Térképes megjelenítés
•
Egy adott vertikális sík mentén meghatározott reflektivitás értékek megjelenítése speciális távolság-magasság diagramon
•
VAD (Vertical Azimuth Display)
A műholdképek megjelenítése hagyományos módon, térképháttéren történik. Az egycsatornás műholdképek mellett lehetőség van színes kompozitképek megjelenítésére is.
A felszíni megfigyelések (SYNOP) megjelenítése a klasszikus meteorológiai szimbólumokkal és jelölésekkel térképesen történik.
A magaslégköri megfigyelések (rádiószondás mérések) térképen és emagramon jeleníthetők meg. A program számos stabilitási paraméter és más speciális mennyiség kiszámítására is képes és lehetőség van hodográf rajzolására is.
A villámlokalizációs mérések valós idejű információt jelentenek a villámok időpontjáról, pozíciójáról és típusáról. A megjelenítés során a villám-pozíciók felrajzolására, területi-időbeli sűrűségtérkép készítésére valamint cellaazonosításra és cellakövetésre van lehetőség.
A frontanalízis eszközeivel különböző frontok, vonalak, területek és szimbólumok rajzolhatók, szerkeszthetők.
A trajektória megjelenítés lehetőséget ad arra előre kiszámolt trajektóriákat kirajzolására, vagy új, a felhasználó által definiált trajektória számítás indítására (a tényleges számítást nem a HAWK végzi).
A transzport modell megjelenítés segítségével szennyezőanyag terjedési modellek futtatási eredményei jeleníthetőek meg.
Kompozit műholkép a főablakban
Fejlett megjelenítési eljárások
Fejlett térkép kezelés: A térképező rendszer a megjelenítés központi részét alkotja, hiszen a meteorológiai adatokat a leggyakrabban térképeken kell ábrázolni. A térkép alapú megjelenítés legfontosabb tulajdonsága, hogy minden vetületi számítás a megjelenítés során történik. Ennek fontos következménye, hogy a különböző térképkivágatok esetén nem kell külön vetületre transzformált alakban tárolni az adatokat, legyen szó akár magukról a térképekről, akár a radar- vagy műholdképekről. A HAWK-2 jelenleg a következő térképvetületeket használja:
•
Sztereografikus (a vetítési sík az Egyenlítőt kivéve tetszőleges szélességen lehet). A legtöbb operatívan használt térképkivágat ezzel a vetülettel lett létrehozva.
•
Mercator
•
Lambert azimutális területtartó
•
Egyenlítői azimutális területtartó
A térképkivágatok száma elvileg nincsen korlátozva, bármely térképvetület esetén a Föld bármely részére tetszőleges számú definiálható belőlük. A HAWK-2-ben lehetőség van domborzati háttérképek használatára is.
VAD (Vertical Azimuth Display): Doppler radarok esetén, a mérési pontra vonatkozó vertikális profilok (szél, divergencia, vertikális sebesség) megjelenítése speciális idő-magasság diagramon.
Emagram: A rádiószondás méréseknél térképes és emagram-alapú megjelenítés is lehetséges. A HAWK-2 a megfigyelt értékeket felhasználva számos stabilitási paraméter és más speciális mennyiség (CCL, TC stb.) kiszámítására is képes. Az emagram esetében előrejelzések megjelenítésére is lehetőség van: jelenleg az ALADIN/LACE előrejelzések adott pontra szóló profiljait lehet megtekinteni a HAWK-2-ben. Az emagram-alapú megjelenítés számos speciális tulajdonsággal is rendelkezik:
•
Lehetőség van hodográf rajzolására.
•
A program részecskemódszer alapján kiszámolja az interaktívan megadható szintről induló légrészecske paramétereit (LCL, LFC, EQL, CAPE, CIN) és az emagramon kiszínezi a pozitív, illetve a negatív területeket.
Térbeli vertikális metszet: A térbeli vertikális metszet segítségével könnyen vizsgálható, elemezhető a különböző meteorológiai paraméterek térbeli viselkedése. A vertikális metszet készítését egy, a felhasználó által meghatározott, akár több, nem egy egyenes mentén elhelyezkedő földrajzi pontot összekötő vonal meghatározásával kezdődik, majd a felhasználó tetszőlegesen kiválaszthatja, hogy melyik modell előrejelzését szeretné megjeleníteni a kívánt metszeten, amelynek a magassága akár 12 km is lehet. A HAWK2 egy időben, egy vertikális metszetet tud megjeleníteni, de ezen az egy metszeten akár négy meteorológiai paraméter is szerepelhet.
Meteogram megjelenítés: Jelentős előrelépés volt egy olyan komplex megjelenítő rendszer beépítése a HAWK2 munkaállomásba, amely egy földrajzi pont esetén mutatja a modell előrejelzéseket, illetve a meteorológiai paraméterek megfigyelt értékeit. A rendszer képes a megfigyelt illetve a modellek előrejelzett értékeinek együttes ábrázolására is, ami verifikálási szempontból is előnyös. Ez a meteogram rendszer emellett még más megjelenítési funkciókat is hordoz. Az Országos Meteorológiai Szolgálat egyre több automata állomással rendelkezik, amelyek akár percenként is képesek a meteorológiai paraméterek mérésére. Ezeknek a mért adatoknak a megjelenítése is kivitelezhető a meteogram rendszerrel, akárcsak a meteorológiai előrejelzések készítésében egyre nagyobb szerepet kapó Ensemble Prediction System(EPS) meteorológiai paraméterekre vonatkozó ún. fáklyadiagramjai. Ezek mellett az előzőekben említett vertikális térbeli metszethez hasonlóan szükség volt időbeli vertikális metszetek megjelenítésére is. Ezt az igényt is ez a komplex meteogram rendszer elégítette ki.
Trajektória: A HAWK2 meteorológiai munkaállomás képes légköri trajektóriák ábrázolására. A felhasználó a felület segítségével meghatározhatja, hogy melyik földrajzi pontból szeretné indítani a trajektóriát és hogy melyik modell előrejelzéseit vegye figyelembe a trajektória számításánál a program. Nagyon hasznos ez a megjelenítési forma, mert egy légköri szennyezőanyag-felhő, netán nukleáris baleset esetén az előrejelzők gyorsan és egyszerűen tudnak értékelhető előrejelzést adni a szennyezőanyag terjedéséről, ami nagyon fontos lehet a megfelelő óvintézkedések szempontjából.
Transzport modell: Légköri szennyezőanyagok nyomonkövetésekor a trajektóriák megjelenítése mellett értékes támpontot nyújthatnak a transzport modellek eredményei, melyek nem csak a terjedés irányát, de a szennyezés területi eloszlását, s időbeli változását is megmutatják.
Front analízis: Fontos fejlesztés a HAWK2 munkaállomásban a frontvonalak rajzolásának lehetősége. A front analízis a HAWK2-be egy olyan adatformát hozott, amelyet a felhasználók szerkeszthetnek. A frontvonalak, illetve a különböző, szinoptikai térképeken használt jelölések rajzolása egy egyszerű rajzolóprogrammal történik. Az ún. frontanalízis készítése bármely térképes formában megjelenített adattípus esetén alkalmazható, de utána önálló adatként is megjeleníthető.
3D megjelenítés: A 3D megjelenítés, melyet valamilyen formában a világ több meteorológiai szolgálatánál bevezettek már, a 2004-es év elején vált a rendszer részévé. A megjelenítő felület lehetőséget ad arra, hogy a meteorológiai modellek előrejelzéseit egy, a felhasználó által beállított térbeli területen ábrázolhassuk, és ezután különböző transzformációkat -forgatás, kicsinyítés ill. nagyítás -hajtsunk végre az ábrázolt felületeken.
3 dimenziós megjelenítés
A fejlesztés főbb állomásai
A HAWK rendszer fejlesztése 1994 nyarán indult meg. Az első operatív verzió (HAWK-1), amely már képes volt a különböző meteorológiai információk (radar- és műholdképek, felszíni és magas légköri megfigyelések, előrejelzések) együttes megjelenítésére, 1998 januárjára készült el. Ennek a rendszernek a korszerűsített, nagymértékben továbbfejlesztett verziója a HAWK-2 meteorológiai munkaállomás, amelyet 2000 augusztusától használnak a meteorológusok. 2004-ben a program nemzetközi (angol nyelvű) változata is elkészült.
Gazdasági érték
OMSZ-on kívüli felhasználók: Ahogy a HAWK a meteorológusok egyik alap eszközévé vált, felmerült az igény, hogy a rendszert szolgálatba állítsák komplex meteorológiai szolgáltatatást igénylő partnereinkél is. A HAWK rendszer jelenleg az OVF, MAVIR, HUNGAROCONTROL és BAHART telephelyein operatív.
Nemzetközi HAWK: A 2004-es évben a HAWK2 áttörte a Magyarország határait: a belga meteorológiai szolgálat több lehetséges megjelenítő rendszer közül a HAWK2-t választotta ki és megvette a teljes, 2003. év eleji állapotot tükröző rendszert. Ehhez viszont szükség volt arra, hogy a HAWK2 munkaállomást teljes egészében angol nyelvűre alakítsuk át. Ez természetesen nem csak a megjelenítő felületén lévő feliratok angolra fordítását tette szükségessé. Ésszerűbbnek látszott a teljes HAWK2 rendszer átalakítása, úgy hogy a későbbiekben bármilyen nyelvre - természetesen a megfelelő nyelvű szavakat tartalmazó ún. szótárfile-ok segítségével - egyszerűen és könnyen lefordítható legyen.
A HAWK projekt további elemei
Produktum generáló rendszer: 2003-ban a HAWK forráskódjára építve egy olyan produktum-generáló rendszert hoztunk létre, amely a munkaállomás aktív futása nélkül, a háttérben, képes bármilyen térkép, grafikon illetve a HAWK2 által megjeleníthető, gyakrabban használt ábra előállítására. A rendszer parancssorból futtatható, számos kapcsoló segítségével állítható be a kívánt ábra, térkép tartalma, kinézete.
A HAWK rendszerrel kapcsolatos további tervek
A HAWK2 a 2004-es év közepére elérte a fejlettségének maximális határait. Az összes olyan megjelenítő rendszer, adatforma be lett építve a rendszerbe, amely az előrejelzők számára szükséges lehet. Az előbbiekben fejlesztések között már több olyan van, amelynek életre keltése nem a mindennapos előrejelzői munkához, hanem csak bizonyos esetekben szükségesek. Mindemellett folyamatosan jelennek meg új adatok (például új műholdképek), amelyeket a HAWK2 rendszer kisebb módosításaival meg lehet jeleníteni.
És mégis, a megjelenítő rendszer megújulásra szorul. Az előbb említett új adatok és adatformátumok használata és az előrejelzők egyre újabb és újabb igényeinek kielégítése megfelelő minőséggel már nem megvalósítható a meglévő keretek között. Emellett az egyre korszerűbb programozási nyelvek és feltételek megjelenése arra ösztönzi a fejlesztőket, hogy egy korszerűbb megjelenítő programot hozzanak létre. Ráadásul a HAWK2 egy belső használatra készült megjelenítő rendszer, és a nemzetközi érdeklődésre való tekintettel egy olyan megjelenítő program elkészítése lenne a cél, amely dinamikusabb, egyszerűen telepíthető, a forráskódja áttekinthetőbb, megfelelő technikai és felhasználói dokumentációval rendelkezik, egyszóval a nemzetközi porondon is értékesíthető. Az új megjelenítő rendszer a HAWK3 nevet kapta és a rendszer tervezése, fejlesztése a 2004-es évben megkezdődött.
>
Feladatok 
