氣候診斷及繪圖實(shí)用技術(shù)講座

1、氣候診斷及繪圖實(shí)用技術(shù)講座第1頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四資料的收集氣候診斷方法繪圖分析第2頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第一部分 資料的收集氣象資料：站點(diǎn)、省局信息中心、國家氣候中心網(wǎng)站（160站降水及氣溫資料等）、 中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。 （ ） 大氣環(huán)流場、海溫資料：NCEP、EC、海溫、氣候監(jiān)測公報（國家氣候中心、NCEP）、 74個特征量等。 第3頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第二部分 氣候診斷（1） 資料的預(yù)處理(均一性檢驗(yàn)等)；（2）要素的年際（時間演變曲線)及年代際（滑動平均)變化分析；

2、（3）要素的空間分布特點(diǎn)：EOF展開等；（4）典型年的選?。ù笥诨蛐∮谀硞€閾值,常用標(biāo)準(zhǔn)差)；（5） 成因或者機(jī)理分析：相關(guān)分析、合成分析 第4頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四要充分利用EXCEL進(jìn)行初步的統(tǒng)計分析：序列的各種統(tǒng)計量；趨勢分析、相關(guān)分析；數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、篩選、分類匯總等。利用已有的統(tǒng)計分析程序：目前用于氣候診斷方法比較多，比如EOF、M-K突變檢測、小波分析等。下面介紹一下M-K、小波分析的程序修改、資料準(zhǔn)備、結(jié)果分析、繪圖的有關(guān)問題。第5頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 1 大氣科學(xué)研究中的的繪圖，最主要的有兩類：時間演變圖（

3、曲線圖、柱狀、散點(diǎn)等）、等值線分布圖。 一、幾種氣象繪圖軟件的介紹第三部分 繪圖第6頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 第一類圖比較簡單，最常用Excel等軟件制作，當(dāng)然要滿足一些更高要求的時候可以用Origin等繪圖軟件。 第二類等值線的繪制也有很多種軟件可選，諸如Micaps、GrAds、Matlab、Surfer等。第7頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 (1) GrADS 畫圖簡單快速，提供了許多大氣領(lǐng)域中常用的函數(shù)，如求渦度、散度、緯向平均、面積平均等。 數(shù)據(jù)格式為二進(jìn)制，有時候發(fā)生錯誤難以找到；畫省份的分布圖不方便等。(2) Surf

4、er surfer比較簡單實(shí)用，適合各種區(qū)域的分布圖繪制。 第8頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四二 演變曲線的繪圖主要利用EXCEL（ORIGIN）要素的年代及年代際變化曲線；要素的趨勢線、滑動均線等；散點(diǎn)圖；一些氣候診斷結(jié)果的繪圖（M-K等)第9頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第10頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第11頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第12頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 Surfer的主要功能是繪制等值線圖，此外它還可以繪制張貼圖，分類張貼圖，

5、矢量圖，影像圖，線框圖，表面圖等形式的圖形。三、Surfer繪圖軟件第13頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第14頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第15頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四山西1960-2008年65站夏季降水距平百分率時間剖面圖第16頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四山西1960-2008年62站夏季氣溫距平時間剖面圖第17頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四（一) 等值線圖的繪制 Surfer的最主要的功能是繪制等值線圖，但并不是我們具有了數(shù)據(jù)文件就可以直接

6、繪制等值線，Surfer要求繪制等值線的數(shù)據(jù)有特殊的格式要求，即首先要將數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成Surfer認(rèn)識的GRD文件格式，才能繪制等值線（當(dāng)然，可以直接生成Surfer接受的ASCII碼的GRD文件格式，這樣就可以直接作圖，此方法將在后面介紹）。 第18頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 假設(shè)你有三列數(shù)據(jù)分別為X，Y，Z，其中Z為點(diǎn)（X，Y）處的值，存在文件*.dat中，其中第一列是X坐標(biāo)，第二列是Y坐標(biāo)，第三列是（X，Y）上的值Z，則繪制等值線的步驟如下： 第19頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 步驟一：把數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成GRD文件 在“網(wǎng)格化方

7、法”中選擇一種插值方法（如果你需要比原始數(shù)據(jù)的網(wǎng)格X和Y更密的Z數(shù)據(jù)，或是你的網(wǎng)格是非均勻的），則在網(wǎng)格化的過程中，Surfer會自動進(jìn)行插值計算，生成更密網(wǎng)格的數(shù)據(jù)。 如果你只是想繪制原始數(shù)據(jù)的圖，不想插值，則最好選擇加權(quán)反距離方法或克立格方法。因?yàn)檫@兩種方法在插值點(diǎn)與取樣點(diǎn)重合時，插值點(diǎn)的值就是樣本點(diǎn)的值，而其它方法不能保證如此。 在“輸出網(wǎng)格文件”中輸入輸出文件名*.GRD，然后在“網(wǎng)格線幾何學(xué)”中設(shè)置網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)。這里需要注意的是，當(dāng)X和Y的數(shù)值相差很大時，這里顯示的最大最小值可能有錯誤（即與原始數(shù)據(jù)不同），這是Surfer軟件本身的問題，遇到這種情況，必須手動改正這種錯誤，即輸入正確的最

8、大最小值。 第20頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 如果我們的數(shù)據(jù)沒有此類問題，就不必手動改正最大最小值。但必須手動改正X和Y的間距或數(shù)據(jù)行數(shù)，這二者是相關(guān)的，改動一個，另一個自動改正。如果你的原始數(shù)據(jù)是等間距的，這里的X和Y的間距或數(shù)據(jù)行數(shù)最好與原數(shù)據(jù)一致，這樣可以減少插值帶來的誤差。我們的數(shù)據(jù)是不均勻的，所以必須插值，這里可以不進(jìn)行任何改動。 點(diǎn)“確定”，畫圖所需要的GRD文件*.GRD就生成了。第21頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 步驟二：畫等值線 打開菜單“地圖|等值線圖|新建等值線圖，在“打開網(wǎng)格”對話框中選擇剛才輸出的GRD文件

9、，如*.GRD，點(diǎn)“確定”，則一副等值線圖就畫完了。 第22頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 克里格插值最小曲率插值第23頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四步驟三：等值線圖的設(shè)置 在所畫的等值線圖中雙擊鼠標(biāo)，或點(diǎn)擊右鍵，選中“屬性”，就會出現(xiàn)設(shè)置等值線的各種屬性； 在圖的邊緣雙擊鼠標(biāo)則可以改動坐標(biāo)軸的屬性。第24頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四（二）bln文件的制作（地圖數(shù)字化） 1、輸入地圖，用map|basemap 命令選擇地圖，雙擊地圖，在出現(xiàn)的編輯屬性中，在其圖象坐標(biāo)（image coordinates）中將最

10、北、最南、最西和最東的點(diǎn)坐標(biāo)改成經(jīng)緯度，然后進(jìn)行數(shù)字化，存盤。 修改標(biāo)志符。 第25頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 2、幾個注意的問題 用fileimport 可以引入一張圖片，但不能進(jìn)行數(shù)字化 ；必須用mapbase map 引入才可以數(shù)字化，建議首先定義好四角的坐標(biāo)，再做數(shù)字化。 可以用各地的區(qū)域圖或彩色的jpg文件 ，可以利用mapinfo作底圖 ，也可以用google找出某地的地圖，把該圖存起來，而后進(jìn)入surfer，進(jìn)行數(shù)字化。 第26頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四3、bln文件的格式length，flag x1，y1 x2，y

11、2 . xn，yn length，flag x1，y1 x2，y2 . xn，yn 其中，length是背景地圖曲線中點(diǎn)坐標(biāo)的個數(shù)，如果Xn=x1，Yn=y1，那么所有的點(diǎn)將圍成一個圈。如果不是這樣，則是一條不閉合的曲線。曲線中點(diǎn)坐標(biāo)的個數(shù)flag的值為1或0，當(dāng)flag=1時，閉合曲線里面的等值線可以用此bln文件blank掉(即將閉合曲線中的等值線消除)，如果flag=0，則是曲線外面的等值線被blank。第27頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 在例子中，我所提供的bln文件為flag=0的格式，當(dāng)然可以將其改成1。 第28頁，共90頁，2022年，5月20日，2

12、3點(diǎn)59分，星期四 flag=1的例子，海溫場的等值線，陸地需要blank掉。第29頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 假設(shè)我們已經(jīng)有了一個山西降水的等值線圖，其原始數(shù)據(jù)文件為“降水克里格.grd”. 打開網(wǎng)格|空白. 選擇文件“降水克里格.grd”.，“確定”，然后在新的對話框中選擇“SXDIGIT.BLN”，“確定”，再在新的對話框中輸入要輸出的GRD文件的名字(假設(shè)為out.GRD) ，點(diǎn)確定就可以得到一個blank過的GRD文件，則用out.GRD再做等值線圖（圖二），最后再疊加山西的基面圖就成為我們最后需要的等值線圖（圖三）。 4 bln文件及blank作圖第

13、30頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四5 在等值線圖上加上基面圖 在Surfer中打開 地圖|基面圖. 然后打開SXDIGIT.BLN文件，就可以畫出地圖了。 用視圖|適合窗口可以很好的顯示. 然后我們可以把相應(yīng)的等值線圖用第二部分的方法畫出(注意基面圖的網(wǎng)格坐標(biāo)必須與等值線圖的網(wǎng)格坐標(biāo)一致，至少基面圖的網(wǎng)格坐標(biāo)要包含等值線圖的網(wǎng)格坐標(biāo))。再按F2鍵(選中所有對象，或CTRL+A)，點(diǎn)擊地圖|疊合圖就可以將兩幅圖合成一副圖。打開視圖|對象管理，選中“基面圖”，點(diǎn)右鍵，選疊合順序|移到前面就可以將背景圖移到前面一層。這樣一幅好的等值線圖就畫好了。 第31頁，共90頁，20

14、22年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四圖一圖二圖三第32頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 最后，再總結(jié)一下這個過程： （1）建立某地的bln文件； （2）應(yīng)用數(shù)據(jù)格點(diǎn)化（生成*. GRD文件）； （3）用bln文件白化已經(jīng)格點(diǎn)化的文件，得到一個blank過的GRD文件； （4）用blank過的*.GRD做等值線圖； （5）調(diào)用basemap(*.bln),將二者Overlap。第33頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四（三)、張貼圖和分類張貼圖 有時候，我們需要在基面圖中添加臺站的坐標(biāo)，并用三角，五星等符合將其標(biāo)出，且在旁邊寫上臺站的名字，這可

15、以用張貼圖和分類張貼圖完成。 1、首先介紹張貼圖，它的數(shù)據(jù)文件一般格式是: x1，y1，label1 x2，y2，label2 . xn，yn，labeln 其中，Xn，Yn為坐標(biāo)值，label為數(shù)字或文字。 第34頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第35頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 2、分類張貼圖與張貼圖類似，只是對不同的點(diǎn)，根據(jù)某些規(guī)則分類而已。 譬如還是test.dat文件，我們把c列看成是每個點(diǎn)的高程，則可以根據(jù)高程對各點(diǎn)分類。如高程在25-54的用十字表示，88-105的用三角表示等。打開地圖|張貼圖|新建分類張貼圖.，選擇文件t

16、est.dat，選確定，則出現(xiàn)一副分類張貼圖，雙擊圖可以編輯屬性，這里會多一個分類選項(xiàng)卡，這里的選項(xiàng)最大最小值，符號等都可以改，不再詳述。需要注意的是分類張貼圖至少要有三列數(shù)據(jù)，其中第三列就是分類的標(biāo)準(zhǔn)。 第36頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第37頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 關(guān)于surfer中blank后邊緣出現(xiàn)空白的解決辦法 為解決此問題，可以提高網(wǎng)格密度，比如將其原始數(shù)據(jù)文件用插值方法進(jìn)行更密的網(wǎng)格化。則邊緣區(qū)域幾乎無空白， 第38頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 在surfer里怎樣把坐標(biāo)的單位設(shè)為中文

17、 ？ 上軸和下軸直接輸入中文就可以了，字體最好選宋體，不然漢字之間的間距可能較大。 第39頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四 左軸：（1）先在Title中輸入中文，如“緯度”，這里要根據(jù)中文的排列形式對所輸入的漢字進(jìn)行回車處理，如我想把漢字顯示成從下到上的側(cè)放形式，就得把“緯度”改輸成“度緯”，然后把光標(biāo)移到“度”字后，按CTRL回車，依次把每個漢字排成豎放的形式。 （2）在angle中選270度，這一步是縱軸漢字亂碼的主要原因，選270度一般就不會亂碼了。 （3）把字體選成“宋體”，注意宋體前有個“”，如果沒有這樣的字體，則需安裝漢字庫。 總之注意三點(diǎn)：（1）上下軸a

18、ngle選0度，左右軸選270度。（2）字體選“宋體”或“宋體”（3）注意漢字的排列形式第40頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第41頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四等值線數(shù)值標(biāo)記的修改。 map|contour map|edit labels第42頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四四、GrAds繪圖 作圖需要準(zhǔn)備的文件：*.nc（或者*.grd）（數(shù)據(jù)文件） *.ctl*.gs第43頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四Ncep資料的下載資料處理Gs文件的編寫繪圖圖的分析（以下的講解都結(jié)合實(shí)際例子）

19、第44頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四怎樣學(xué)習(xí)GrAds軟件?1 基本的命令要會用,善于利用快速參考手冊；2 多動手練習(xí)、多編寫gs文件。 第45頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第46頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第47頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第48頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第49頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第50頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第51頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)

20、59分，星期四第52頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第一部分 NCEP資料的下載及 NCEP資料介紹 NCEP再分析資料;EC歐洲再分析資料;要素：基本要素（位勢高度、溫度、比濕、相對濕度、U、V風(fēng)場、垂直速度） 其他一些導(dǎo)出量，如兩個物理量的協(xié)方差、流函數(shù)、速度勢等等;第53頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四區(qū)域范圍:全球;時間范圍:1948至今；1979至今；時間尺度：月、日、一日四次資料;格點(diǎn)；垂直層次:17層（1000、925、850、700、600、500、400、300、250、200、150、100、70、50、30、20、10）

21、第54頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第55頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四例1-計算散度和渦度reinitsdfopen d:/2010/day/uwnd.1999.ncsdfopen d:/2010/day/vwnd.1999.ncset lon 70 140set lat 15 55set lev 850第56頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四i=180while(i=183)set t iset grads offset grid offdefine vor=hcurl(uwnd.1,vwnd.2)define

22、 div=hdivg(uwnd.1,vwnd.2)第57頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四d vor*100000 d div*100000draw string 0.9 0.15 10e-5 s-1printim d:/2010/sample1/vor199908i-850hPa.png whiteci=i+1endwhile;第58頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四第59頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四set gxout shaded *設(shè)置最大等直線的值，超過的不再畫出*set cmax 0d vor*100000 set gxout contour d vor*100000 第60頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四set gxout shaded *設(shè)置最小等直線的值，小于的不再畫出*set cmin 0d vor*100000 set gxout contour d vor*100000 第61頁，共90頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)59分，星期四例2-與位勢高