近年来,大量相关科学技术投入到气象领域。其中,多普勒天气雷达是目前探测中小尺度对流天气系统的重要观测工具之一,可帮助气象人员对强对流天气做出准确及时的分析和判断,降低气象灾害造成的经济损失。随着我国静止轨道气象卫星的升级换代,如何在有限时间内从探测的海量气象数据中汲取有价值的信息,并将枯燥晦涩的数据转换成直观的图形或图像,对气象工作者是一项严峻的挑战。目前,在现有发展成熟的多普勒天气雷达业务系统中,雷达回波数据常以简单且直观的二维平面图像进行展示,严重约束对雷达回波细节、空间三维轮廓结构分布的显示。纵观现有少量的雷达三维可视化研究,学者大多都采用具有局限性的常规栅格作为三维重建的框架模型。其局限性体现在两方面:其一插值计算消耗内存资源,降低处理效率;其二插值后的数据量剧增,导致后续处理涉及更多数据点。此外,多普勒天气雷达一次完整的体积扫描不仅能探测气象目标,也能探测到地物、飞鸟和昆虫等非气象目标,因此,为了提高回波数据的准确性,有必要对非气象目标进行过滤。基于此,本文面向多普勒天气雷达回波数据可视化研究,主要工作和成果如下:1.分析天气雷达体扫数据的特点,分析多种把雷达数据从极坐标插值到笛卡尔坐标系下的插值方法,以反射率场空间连续性和结构特征为衡量标准,评估了各种插值方法的优劣,结果发现基于光谱分析的傅里叶插值法效果最优,最接近观测值。2.针对原始栅格三维可视化的低效率,提出了一种新的基于“点、线、扇区、雷达簇”结构的雷达建模方案。基于新建模方案,本文将雷达体扫资料中的正立方体替代为六面体单元,并通过比较等值线交点与四边形顶点解决面二义性改进传统等值面算法。与传统MC算法相比,本文算法具有解决面二义性、减少体素数量和提高重建速度等优点。3.基于雷达建模方案,利用引入“锥帽体”包围盒、修改采样结束条件和采用变步长采样法来加速并改进光速投射算法。与GPU加速的光线投射算法对比,本文算法不仅能够保证图像绘制的质量,而且降低了首屏绘制和用户视点改变时重绘的耗时,提高绘制速度。4.介绍雷达回波的特征,通过对预处理后的雷达回波点计算水平纹理、垂直梯度和径向速度,识别并剔除回波数据中存在的非降水回波,最后利用上层仰角回波数据填补并平滑“回波空洞”,提高算法识别的效果。本文基于雷达数据特征,提出一种新的建模方案,结合回波质量控制算法,能高效且准确地对雷达回波进行二、三维可视化,为气象预测提供重要的依据。