在地球系统模式研究领域中，地球系统模式数据包含四部分：海洋数据、大气数据、陆地数据和海冰数据。这些数据中存在很多的标量场，我们可以通过研究和分析这些标量场来加深对全球变化的认识，预测全球或区域气候与生态环境的变化。随着时间的推移，地球系统模式产生的数据量越来越大，若我们直接对这些数据进行分析和研究来预测未来的气候变化，工作量将很大，且工作效率低，因此并行可视化方法被引进了地球系统模式研究中。通过各种可视化方法将地球系统模式数据可视化成为二维或三维图像，根据颜色或其他属性来显示变量的特征信息，更加直观地展现了数据的特征，而通过并行计算加快了可视化的速度。伪彩、等值线及等值线标注可视化方法是地球系统模式数据可视化中重要的可视化方法。首先，在前人工作的基础上，本文对伪彩、等值线和等值线标注算法进行研究，分别详细阐述了算法实现流程。其次，针对伪彩和等值线算法，本文进行了并行性分析，发现伪彩和等值线算法具有高度并行性，应用CUDA架构实现了两种算法的GPU加速，提高了伪彩和等值线的计算效率。再次，针对等值线算法中等值线的绘制部分，结合人眼的视觉特性，提出了两种符合人眼视觉特性的等值线绘制方法，解决了传统绘制方法绘制的等值线效果图突兀无艺术感问题，使等值线效果图柔和，具有艺术效果。最后，利用QT开发框架，将三种可视化方法集成，形成了一个轻量级可视化系统，既实现了单个可视化方法的添加和绘制，也实现了多种可视化方法的叠加绘制，另外还实现了可视化结果的交互和存图功能。本文实现的伪彩和等值线算法，计算效率高，绘制的可视化图像效果形象易懂，等值线效果图柔和清晰，符合人眼视觉特性。作者开发的轻量级可视化系统，功能简洁，学习成本低，操作简单，占用内存小。