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NCL学习笔记(实战篇)
(2011-04-28 23:58:30)

这里以绘制气温分布图为例,效果如下图:



这里几点说明:

1.ncl不支持中文显示,所有文字都是英文,但是支持很多样式的字体,参考网址http://www.ncl.ucar.edu/Document/Graphics/font_tables.shtml

2.图下方的labelbar只能在图的周围,不能放置在图内。要想显示图下方的图例,就要使用legend而不是labelbar了。

使用NCL脚本绘制一张如上图所示的png图片主要分为以下几个步骤

  一、读取各站点的气温数据。

  二、将站点数据使用各种差值函数转换成格点数据。

  三、使用源对地图进行基本设置

  四、使用源对等值线填充进行基本设置

  五、使用源对labelbar进行基本设置

  六、生成png图片

接下来将按照这几个步骤,详细介绍。

一、读取各站点的气温数据

     NCL支持的数据格式主要有netCDF文件(.nc .cdf)、HDF4(.hd .hdf)、HDF4-EOS(.hdfeos)、GRID-1/GRIB-2(.grb.grib)、CCMHistory Tape(.ecm),除此之外呢,它支持二进制文件和ascii文件,这两者是我们最熟悉的。这里我们使用ascii文件,更多文件读取方式参考http://www.ncl.ucar.edu/Applications/list_io.shtml

     为了批量生成产品图片,需要配置文件设置数据来源以及图片生成后存放位置。config.txt文件如下:

One Hour of Temperature 2010111502
./t1/
/root/WorkSpace/MICAPS_surface/t1/
10111502.000

第一行是标题
第二行是输出png图路径
第三行是输入数据文件路径
第四行是数据文件名

在NCL脚本(temperature.ncl)中使用以下几行代码就可以了

  filepath = "./config.txt" ;参数文件路径
 argu = asciiread(filepath,-1,"string") ;以字符串形式读取参数文件入数组argu
 lines = asciiread(argu(2)+argu(3),-1,"string") ;以字符串形式读取数据文件入数组lines

 station = stringtofloat(str_get_field(lines(3::),1," ")) ;从数组lines中获取站号

 lon = stringtofloat(str_get_field(lines(3::),2," ")) ;从数组lines中获取经度值lon

  lat = stringtofloat(str_get_field(lines(3::),3," ")) ;从数组lines中获取纬度值lat
  height = stringtofloat(str_get_field(lines(3::),4," ")) ;从数组lines中获取海拔高度

 R = stringtofloat(str_get_field(lines(3::),5," ")) ;从数组lines中获取站点数据值

由于数据文件10111502.000的前3行是文件头,不包含数据,因此lines从第三行开始读取数据。注意NCL中注释使用“;”而且只能注释单行。
 这样所有数据就保存到各个变量中啦!每个变量都是一个一维数组

二、将站点数据使用各种差值函数转换成格点数据。

    接下来使用插值函数,NCL中提供了很多差值函数,如Cressman插值(obj_anal_ic_deprecated)、三次样条差值(caa1)、反距离权重差值(dsgrid2)、最邻近点产值(natgrid)等等,其他插值函数参考网址http://www.ncl.ucar.edu/Document/Functions/interp.shtml

注意使用这些函数的时候要在文件头部包含contributed.ncl,即:

    load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_code.ncl"
    load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_csm.ncl"
    load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/contributed.ncl"

各个差值函数的接口不同,需要提前定义的变量也会有所差异,这里使用Cressman插值。

首先创建存放差值后生成数据的数组 根据亚洲截图的经纬度而定北纬17-57,东经72-138这个矩形框内插值
  olon = new(66,"float");
  olat = new(40,"float");
  data1 = new((/40,66/),"float")
 do i=0,65
    olon(i) =72+i
 end do
 do l=0,39
    olat(l) = 17+l
 end do

接下来设置数组属性,为了符合netcdf规定的数据格式,使函数能够识别经纬度
    olon!0         = "lon"
    olon@long_name = "lon"
    olon@units     = "degrees-east"
    olon&lon       = olon

    olat!0         = "lat"
    olat@long_name = "lat"
    olat@units     = "degrees_north"
    olat&lat       = olat

最后调用插值函数

 R@_FillValue = 999999.000000  
 rscan = (/10,5,3/)  ;连续的有效半径大小,最大为10,依次递减

 data1 = obj_anal_ic_deprecated(lon,lat,R,olon,olat,rscan, False) ;Creanm插值

三、使用源对地图进行基本设置
   首先创建一个自定义的colormap配色方案,并且创建一个工作空间,

cmap = (/                    
           (/ 255./255, 255./255, 255./255 /),    ; 0 - White background.
           (/ 0./255 , 0./255 , 0./255  /),        ; 1 - Black foreground.
           (/ 255./255, 0./255 , 0./255  /),        ; 2 - Red.
           (/ 0./255 , 0./255 , 255./255 /),        ; 3 - Blue.
           (/ 164./255, 244./255, 131./255 /),      ; 4 - Ocean Blue.
           (/ 0./255 , 0./255 , 255./255  /),         ; 5 - Bar 1
       (/ 0./255 , 153./255, 255./255 /),      ; 6 - Bar 2
           (/ 0./255, 153./255, 153./255 /),        ; 7 - Bar 3 
           (/ 0./255 , 255./255, 0./255 /),       ; 8 - Bar 4   
           (/ 255./255, 255./255 , 102./255 /),        ; 9 - Bar 5 
           (/ 255./255, 153./255 , 102./255  /),        ; 10 - Bar 6
           (/ 255./255, 0./255 , 255./255  /)        ; 11 - Bar 7   
        /)
 
 wks_type = "png"  

 wks = gsn_open_wks(wks_type,argu(1)+argu(3))    ; Open a workstation and.
 gsn_define_colormap(wks,cmap)     ; define a different colormap.

这里创建了png的工作空间,NCL还支持X11、PS、NCGM、PDF、NEWPDF等。

接下来设置地图属性

 res = True

 res@gsnAddCyclic = False     ;由于我们的数据不是循环地球一周的,因此必须把这个置否

  res@mpDataSetName        = "Earth..4"  ; This new database contains
                                          ; divisions for other countries.
 res@mpDataBaseVersion    = "MediumRes" ; Medium resolution database
 res@mpOutlineOn          = True        ; Turn on map outlines
 res@mpOutlineSpecifiers  = (/"China:states","Taiwan"/)      ;China:states

中国地图包含在Earth..4这个地图库中,将边界区域设置为中国行政区域和台湾,在台湾问题这一点上比较郁闷,中国地图里没有台湾,激起了我这个爱国主义青年的强烈愤慨。

地图选好了,该把区域缩小到中国范围内了,这里和上面的插值范围有些出入,只是显示需要,没有实质联系。

 res@mpMinLatF            = 17         ; Asia limits
 res@mpMaxLatF            = 55
 res@mpMinLonF            = 72
 res@mpMaxLonF            = 136

你还可以使用这两行代码来加粗边界线。

  res@mpGeophysicalLineThicknessF= 2.     ; double the thickness of geophysical boundaries
 res@mpNationalLineThicknessF= 2.        ; double the thickness of national boundaries

默认的底图投影方式是等经纬度投影,画出来的中国地图比较扁,我们常看到的中国地图,投影方式是兰伯特投影,因此需要对投影方式进行修改

 res@mpProjection = "LambertConformal"  ;兰伯特投影
 res@mpLambertMeridianF = 110.0
 res@mpLimitMode = "LatLon"
 res@mpLambertParallel1F = .001      ;Default: .001 ;可以自己改一改,看看投影有什么不同,挺有趣的
 res@mpLambertParallel2F = 89.999   ;Default: 89.999
最后将填充区域设定在中国行政区域图之内,如果使用默认效果,等值线会对整个矩形区域填充颜色,因此需要去掉中国边境范围外的填充颜色

 res@mpAreaMaskingOn = True  ;使能填充覆盖
 res@mpMaskAreaSpecifiers = (/"China:states","Taiwan"/)  ;China:states
 res@mpOceanFillColor = 0    ;用白色填充海洋 0是colormap的索引值
 res@mpInlandWaterFillColor = 0 ;用白色填充内陆湖水

四、使用源对等值线填充进行基本设置

   首先使能等值线填充,不显示各填充颜色之间的黑色等值线,不显示等值线上标示的数值,在绘制其他要素前先绘制等值线,对源的设置如下:

  res@cnFillOn     = True
 res@cnLinesOn    = False         ;等值线不显示
 res@cnLineLabelsOn = False
 res@cnFillDrawOrder = "PreDraw"        ; draw contours first   

   使用特定的Level值和配色方案对等值区间进行设置

 res@cnLevelSelectionMode = "ExplicitLevels"      ; set explicit contour levels
 res@cnLevels   = (/-30.,-20.,-10.,0.,10.,20./) ; set levels
 res@cnFillColors = (/5,6,7,8,9,10,11/) ; set the colors to be used 

五、使用源对labelbar进行基本设置

  res@lbLabelBarOn = True      ;LabelBar显示
  res@lbLabelStrings = (/"-30:S:o:N","-20:S:o:N","-10:S:o:N","0:S:o:N","10:S:o:N","20:S:o:N"/)

  其中“:S:o:N”表示摄氏度符号

你也可以使用以下这行代码,将labelbar放置在图片右侧

  res@lbOrientation =  "vertical"         ; vertical label bar

六、生成png图片

 在最后生成图片前,先要对整个view进行调整

 res@vpXF = 0    ;左边距
 res@vpYF = 0.95     ;上边距
 res@vpWidthF = 1.0             ; height and width of plot
 res@vpHeightF = 0.8

然后再设置图片标题

 res@tiMainFont           = "helvetica"
 res@tiMainOffsetYF       = 0.02 ;set place for main title along Y,offset
 res@tiMainFontHeightF    = 0.02  ;set main title font size
 res@tiMainString         = argu(0)

最后显示

 map = gsn_csm_contour_map(wks,data1,res)

别忘了在整个代码前后增加begin(代码)end这种固定格式。

这样这张图片就顺利生成啦!

七、高级进阶

   注意到样例图片上各个省都是有汉语拼音名称的,NCL可不会自动帮你把它填上去,它的实现需要我们自己写代码,具体实现方法也不难,只需要提供各个省的经纬度,以及需要填充的字符串即可。

   因为我们是在原有的map基础上再次绘图,所以需要现对map的res源进行设置,不让它绘制后就立马显示,增加代码res@gsnFrame             = False              ; don't advance frame yets
这样我们就可以在添加完各省名称后统一显示。

   另外创建一个tres源用于显示文本,

  tres                     = True               ; text mods desired
 tres@txFontHeightF       = 0.01              ; make smaller

 plat = (/31.69,39.76,29.37,26.01,36.46,
           22.96,23.69,26.4,19.18,38.19,47.04,
           34.64,22.03,30.99,28.22,33.53,27.67,43.82,
           41.54,40.74,38.0,35.14,34.77,
           36.5,31.06,37.49,30.83,38.95,
           40.11,30.75,24.26,29.3,24.09/)
 plon = (/117.2,116.3,106.5,118.1,101.7,
           113.2,109.1,106.7,109.8,115.2,129,
           113.7,113.5,112.7,111.3,119.2,115.5,125.9,
           123.1,109.1,107.2,96.53,109.3,
           117.0,121.4,112.2,102.3,117.2,
           87.65,90.99,101.2,119.2,120.9/)
 do i=0,32
   gsn_text(wks,map,province(i),plon(i),plat(i),tres)
 end do

最后调用

 frame(wks)

显示叠加后的图片。

终于大功告成啦!

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