氣候診斷及繪圖實(shí)用技術(shù)講座

氣候診斷及繪圖實(shí)用技術(shù)講座第1頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一資料的收集氣候診斷方法繪圖分析第2頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第一部分

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(bào)（國家氣候中心、NCEP）、74個(gè)特征量等。

第3頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第二部分

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(shí)間演變曲線)及年代際（滑動(dòng)平均)變化分析；（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€(gè)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，2023年，2月20日，星期一要充分利用EXCEL進(jìn)行初步的統(tǒng)計(jì)分析：序列的各種統(tǒng)計(jì)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(jì)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，2023年，2月20日，星期一

1

大氣科學(xué)研究中的的繪圖，最主要的有兩類：時(shí)間演變圖（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，2023年，2月20日，星期一

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(shí)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，2023年，2月20日，星期一

(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(shí)候發(fā)生錯(cuò)誤難以找到；畫省份的分布圖不方便等。(2)Surfer

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，2023年，2月20日，星期一二

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(dòng)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，2023年，2月20日，星期一第10頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第11頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第12頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

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，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，2023年，2月20日，星期一第14頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第15頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一山西1960-2008年65站夏季降水距平百分率時(shí)間剖面圖第16頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一山西1960-2008年62站夏季氣溫距平時(shí)間剖面圖第17頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一（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(shí)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）。

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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，2023年，2月20日，星期一

步驟一：把數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成GRD文件

在“網(wǎng)格化方法”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(huì)自動(dòng)進(jìn)行插值計(jì)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(shí)，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(shí)，這里顯示的最大最小值可能有錯(cuò)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(dòng)改正這種錯(cuò)誤，即輸入正確的最大最小值。

第20頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

如果我們的數(shù)據(jù)沒有此類問題，就不必手動(dòng)改正最大最小值。但必須手動(dòng)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(dòng)一個(gè)，另一個(gè)自動(dòng)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(dòng)。點(diǎn)“確定”，畫圖所需要的GRD文件*.GRD就生成了。

第21頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

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(duì)話框中選擇剛才輸出的GRD文件，如*.GRD，點(diǎn)“確定”，則一副等值線圖就畫完了。

第22頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

克里格插值最小曲率插值第23頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

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(huì)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(dòng)坐標(biāo)軸的屬性。

第24頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一（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)（imagecoordinates）中將最北、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，2023年，2月20日，星期一

2、幾個(gè)注意的問題

用file－import可以引入一張圖片，但不能進(jìn)行數(shù)字化；必須用map－basemap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?？梢杂酶鞯氐膮^(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，2023年，2月20日，星期一3、bln文件的格式

length，flag

x1，y1

x2，y2

...

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(gè)數(shù)，如果Xn=x1，Yn=y1，那么所有的點(diǎn)將圍成一個(gè)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(gè)數(shù)flag的值為1或0，當(dāng)flag=1時(shí)，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，2023年，2月20日，星期一

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，2023年，2月20日，星期一flag=1的例子，海溫場的等值線，陸地需要blank掉。第29頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

假設(shè)我們已經(jīng)有了一個(gè)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(duì)話框中選擇“SXDIGIT.BLN”，“確定”，再在新的對(duì)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(gè)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）。

4bln文件及blank作圖第30頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一5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(duì)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(duì)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，2023年，2月20日，星期一圖一圖二圖三第32頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

最后，再總結(jié)一下這個(gè)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(gè)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，2023年，2月20日，星期一（三)、張貼圖和分類張貼圖

有時(shí)候，我們需要在基面圖中添加臺(tái)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(tái)站的名字，這可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，2023年，2月20日，星期一第35頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一2、分類張貼圖與張貼圖類似，只是對(duì)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(gè)點(diǎn)的高程，則可以根據(jù)高程對(duì)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test.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(huì)多一個(gè)"分類"選項(xiàng)卡，這里的選項(xiàng)最大最小值，符號(hào)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，2023年，2月20日，星期一第37頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一

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，2023年，2月20日，星期一

在surfer里怎樣把坐標(biāo)的單位設(shè)為中文？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，2023年，2月20日，星期一

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(duì)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(gè)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(huì)亂碼了。（3）把字體選成“@宋體”，注意宋體前有個(gè)“＠”，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angle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，2023年，2月20日，星期一第41頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一等值線數(shù)值標(biāo)記的修改。map|contourmap|editlabels第42頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一四、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，2023年，2月20日，星期一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）第44頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一怎樣學(xué)習(xí)GrAds軟件?1基本的命令要會(huì)用,善于利用快速參考手冊；2多動(dòng)手練習(xí)、多編寫gs文件。

第45頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第46頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第47頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第48頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第49頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第50頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第51頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第52頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第一部分NCEP資料的下載及

NCEP資料介紹/psd/data/gridded/

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(duì)濕度、U、V風(fēng)場、垂直速度）

其他一些導(dǎo)出量，如兩個(gè)物理量的協(xié)方差、流函數(shù)、速度勢等等;第53頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一區(qū)域范圍:全球;時(shí)間范圍:1948至今；1979至今；時(shí)間尺度：月、日、一日四次資料;格點(diǎn):2.5X2.5；1X1;0.25X0.25垂直層次:17層（1000、925、850、700、600、500、400、300、250、200、150、100、70、50、30、20、10）第54頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第55頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一例1------計(jì)算散度和渦度'reinit''sdfopend:/2010/day/uwnd.1999.nc''sdfopend:/2010/day/vwnd.1999.nc''setlon70140''setlat1555''setlev850'第56頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一i=180while(i<=183)'sett'i'setgradsoff''setgridoff’'definevor=hcurl(uwnd.1,vwnd.2)''definediv=hdivg(uwnd.1,vwnd.2)'第57頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一'dvor*100000''ddiv*100000''drawstring0.90.1510e-5s-1‘'printimd:/2010/sample1/vor199908'i'-850hPa.pngwhite''c‘i=i+1endwhile;第58頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第59頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一'setgxoutshaded‘**********設(shè)置最大等直線的值，超過的不再畫出*************'setcmax0‘'dvor*100000''setgxoutcontour''dvor*100000'第60頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一'setgxoutshaded‘**********設(shè)置最小等直線的值，小于的不再畫出*************'setcmin0‘'dvor*100000''setgxoutcontour''dvor*100000'第61頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一例2------與位勢高度場相關(guān)

'reinit'‘sdfopend:/2010/month/hgt.mon.mean.nc''setlev500''setx1144''sety173''setgxoutfwrite''setfwrited:/2010/sample2/hgt09.grd'第一步

資料處理第62頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一tt=165while(tt<=741)'sett'tt'dhgt'tt=tt+12endwhile'disablefwrite';第63頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第二步

計(jì)算相關(guān)利用Fortran第64頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第三步CTL文件的編寫dsetd:/2010/sample2/hgt09rain.grdundef9999.99titlexgxsxdef144linear02.5ydef73linear-902.5zdef1linear11tdef1linearjan20091movars1corr099xgxsendvars第65頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第四步gs文件的編寫'reinit''opend:/2010/sample2/corr.ctl‘'setmprojnps''setmpdsetmres''setlon-90270''setlat090’'dcorr’'enableprintd:/2010/sample2/hgt09rain.gmf''print''disableprint';第66頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第67頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一增加顯著性檢驗(yàn)及圖的修飾'setblack-0.27320.2732''setgxoutshaded''setclevs-0.3541-0.27320.27320.3541''setccols7110117''dcorr'(1)增加顯著性檢驗(yàn)區(qū)第68頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一(2)圖的修飾兩種圖的疊加顯示，線條的粗細(xì)、線型、陰影區(qū)的色彩選擇等。'setcthick10‘'setgxoutcontour''setcint0.1''setcmin0''dcorr''setcmax-0.00001''setcstyle2''dcorr'第69頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第70頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一例3------合成場及差值場第一步典型年的選取第71頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第二步gs文件的編寫'reinit''sdfopend:/2010/month/hgt.mon.mean.nc''setlon40180''setlat070‘'setlev500‘第72頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)算某時(shí)間段平均(如1971-2000年)'sett282''defineh5007106=hgt''sett294''defineh5007206=hgt''sett306’……..'defineh50006=(h5007106+….+h5000006)/30'第73頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一典型年合成（多雨年)'sett6''defineh5004806=hgt‘'defineh500q=(h5004806+h5007906+h5008806+h5009906)/4'（少雨年)'sett642''defineh5000106=hgt‘'defineh500r=(h5008706+h5009706+h5009906+h5000106)/4'第74頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一方差計(jì)算（多雨年)'defines5004806=(h5004806-h500q)*(h5004806-h500q)''defines5007906=(h5007906-h500q)*(h5007906-h500q)''defines5008806=(h5008806-h500q)*(h5008806-h500q)''defines5009906=(h5009906-h500q)*(h5009906-h500q)‘'defines500q=(s5004806+s5007906+s5008806+s5009906)/4'（少雨年)'defines5008706=(h5008706-h500r)*(h5008706-h500r)''defines5009706=(h5009706-h500r)*(h5009706-h500r)''defines5009906=(h5009906-h500r)*(h5009906-h500r)''defines5000106=(h5000106-h500r)*(h5000106-h500r)‘'defines500r=(s5008706+s5009706+s5009906+s5000106)/4'第75頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一T檢驗(yàn)

魏鳳英《現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測技術(shù)》構(gòu)造兩個(gè)總體的均值有無顯著差異的統(tǒng)計(jì)量.第76頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一'definet1=h500q-h500r''definet2=sqrt(((4-1)*s500q+(4-1)*s500r)/(8-2))''definet3=sqrt(1/4+1/4)''definet=t1/(t2*t3)'第77頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一第78頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一修改部分語句，繪制不同的圖（1）差值場及t檢驗(yàn)；（2）距平場;（3）平均場;第79頁，共90頁，2023年，2月20日，星期一例4------剖面圖'reinit'‘sdfopenj:/2010/day/vwnd.1999.nc''setgradsoff''setlev200''setlat40''setl