Python气象数据处理与绘图(12):轨迹(台风路径,寒潮路径,水汽轨迹)绘制

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Python气象数据处理与绘图(12):轨迹(台风路径,寒潮路径,水汽轨迹)绘制,第1张

寒潮是笔者主要的研究方向,寒潮路径作为寒潮重要的特征,是寒潮预报的重点之一,同样的道理也适用在台风研究以及降水的水汽来源研究中。关于路径的计算以及获取方法(比如轨迹倒推,模型追踪等等方法,台风有自己现成的数据集,比如ibtracs数据集等等)并不在本文的介绍范围之内,本文主要介绍在获取了相应的路径坐标后,如何在图中美观的展现。

上图展现了近40年东北亚区域的冬季冷空气活动路径,绘制这类图需要的数据只需为每条路径的N个三维坐标点,第一第二维分别为longitude和latitudee,第三维则比较随意,根据需要选择,比如说需要体现高度,那就用高度坐标,需要体现冷空气强度,那就用温度数据,水汽可以用相对湿度,台风也可以用速度等等。

通常此类数据是由.txt(.csv)等格式存储的,读取和处理方法可参考我的“Python气象数据处理与绘图(1):数据读取”,本文主要介绍绘图部分。

当然根据需要,也可以直接绘制两维的轨迹,即取消掉颜色数组,用最简单的plot语句,循环绘制即可。

有一个陷阱需要大家注意的是,当轨迹跨越了东西半球时,即穿越了0°或者360°经线时,它的连接方式是反向绕一圈,比如下图所示,你想要蓝色的轨迹,然而很有可能得到绿色的,这是因为你的网格数组的边界是断点,系统不会自动识别最短路径,只会在数组中直接想连,因为这不是循环数组。

我目前的解决办法是这样的:如果你的数据是0°-360°格式,那么变为-180°-180°的格式,反之相互转换。但是如果你的数据两种都出现了断点,也就是绕了地球一圈多,那无论怎样都么得办法了,我目前的思路是将数据转换成极坐标数据格式,理论上是可行的,CARTOPY的绘图也是支持极坐标数据的,具体实施还需要再试试。

今天开始琢磨用Python画图,没使用之前是一脸懵的,我使用的开发环境是Pycharm,这个输出的是一行行命令,这个图画在哪里呢? 搜索之后发现,它会弹出一个对话框,然后就开始画了,比如下图第一个常用的库是Turtle,它是Python语言中一个很流行的绘制图像的函数库,这个词的意思就是乌龟,你可以想象下一个小乌龟在一个x和y轴的平面坐标系里,从原点开始根据指令控制,爬行出来就是绘制的图形了。   它最常用的指令就是旋转和移动,比如画个圆,就是绕着圆心移动;再比如上图这个怎么画呢,其实主要就两个命令: turtle.forward(200) turtle.left(170) 第一个命令是移动200个单位并画出来轨迹 第二个命令是画笔顺时针转170度,注意此时并没有移动,只是转角度 然后呢? 循环重复就画出来这个图了 好玩吧。 有需要仔细研究的可以看下这篇文章 https://blog.csdn.net/zengxiantao1994/article/details/76588580 ,这个牛人最后用这个库画个移动的钟表,太赞了。Turtle虽好玩,但是我想要的是我给定数据,然后让它画图,这里就找到另一个常用的画图的库了。 Matplotlib是python最著名的绘图库,它提供了一整套和matlab相似的命令API,十分适合交互式地行制图。其中,matplotlib的pyplot模块一般是最常用的,可以方便用户快速绘制二维图表。 使用起来也挺简单, 首先import matplotlib.pyplot as plt 导入画图的图。 然后给定x和y,用这个命令plt.plot(x, y)就能画图了,接着用plt.show()就可以把图形展示出来。 接着就是各种完善,比如加标题,设定x轴和y轴标签,范围,颜色,网格等等,在 https://blog.csdn.net/guoziqing506/article/details/78975150 这篇文章里介绍的很详细。 现在互联网的好处就是你需要什么内容,基本上都能搜索出来,而且还是免费的。我为什么要研究这个呢?当然是为了用,比如我把比特币的曲线自己画出来可好? 假设现在有个数据csv文件,一列是日期,另一列是比特币的价格,那用这个命令画下: 这两列数据读到pandas中,日期为df['time']列,比特币价格为df['ini'],那我只要使用如下命令 plt.plot(df['time'], df['ini']) plt.show() 就能得到如下图:自己画的是不是很香,哈哈! 然后呢,我在上篇文章 https://www.jianshu.com/p/d4013d8a73de 中介绍过求Ahr999指数,那可不可以也放到这张图中呢?不就是加一条命令嘛 plt.plot(df['time'], df['Ahr999']) 图形如下:但是,Ahr999指数怎么就一条线不动啊, 原来两个Y轴不一致,显示出来太怪了,需要用多Y轴,问题来了。 继续谷歌一下,把第二个Y轴放右边就行了,不过呢得使用多图,重新绘制 fig = plt.figure() # 多图 ax1 = fig.add_subplot(111) ax1.plot(df['time'], df['ini'], label="BTC price")  # 绘制第一个图比特币价格 ax1.set_ylabel('BTC price') # 加上标签# 第二个直接对称就行了 ax2 = ax1.twinx()# 在右边增加一个Y轴 ax2.plot(df['time'], df['Ahr999'], 'r', label="ahr999")  # 绘制第二个图Ahr999指数,红色 ax2.set_ylim([0, 50])# 设定第二个Y轴范围 ax2.set_ylabel('ahr999')plt.grid(color="k", linestyle=":")# 网格 fig.legend(loc="center")#图例 plt.show() 跑起来看看效果,虽然丑了点,但终于跑通了。这样就可以把所有指数都绘制到一张图中,等等,三个甚至多个Y轴怎么加?这又是一个问题,留给爱思考爱学习的你。 有了自己的数据,建立自己的各个指数,然后再放到图形界面中,同时针对异常情况再自动进行提醒,比如要抄底了,要卖出了,用程序做出自己的晴雨表。