第一講 GrADS繪圖軟件基礎(chǔ)知識(shí)

氣象資料處理及可視化2013年9月任課教師：?jiǎn)淘仆iaoyt士生助教：陳澤生738666137材及參考書(shū)GrADS軟件基礎(chǔ)教程，馬紅云、李麗平編著，氣象出版社，2011年11月。GrADS繪圖實(shí)用手冊(cè)，朱禾編著，氣象出版社，2011年10月。GrADS實(shí)用手冊(cè)（LASG編，PDF版）/glzc/GrADS/index.asp課程目的與教學(xué)基本要求本課程講授氣象繪圖軟件GrADS的使用及氣象常用其他軟件，為學(xué)生畢業(yè)論文的工作打下基礎(chǔ)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠熟練處理氣象資料，并能夠根據(jù)需要編程、繪圖，作為結(jié)果分析的依據(jù)。授課方式本課程一半學(xué)時(shí)為老師講授，另一半學(xué)時(shí)為學(xué)生上機(jī)實(shí)習(xí)，老師在一旁指導(dǎo)。每周上課邊講授邊上機(jī)實(shí)習(xí)，有利于學(xué)生及時(shí)消化掌握老師講授的知識(shí)，使教學(xué)效果達(dá)到最好?？傇u(píng)成績(jī)平時(shí)成績(jī)：40%包括考勤、課堂作業(yè)、課后作業(yè)等期末成績(jī)：60%機(jī)考課程內(nèi)容第一章氣象繪圖軟件GrADS基礎(chǔ)知識(shí)第二章GrADS繪圖的各種設(shè)置第三章變量和函數(shù)的定義及功能第四章站點(diǎn)數(shù)據(jù)格式及繪制站點(diǎn)圖第五章氣象數(shù)據(jù)的處理第六章其他氣象常用繪圖軟件簡(jiǎn)介（選講）第一章氣象繪圖軟件GrADS基礎(chǔ)知識(shí)一GrADS軟件概述二如何繪制圖形1軟件安裝及說(shuō)明手冊(cè)；2如何運(yùn)行GrADS軟件；3繪圖必須具備的文件三數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)描述文件1格點(diǎn)數(shù)據(jù)文件；2數(shù)據(jù)描述文件四最簡(jiǎn)單的繪圖步驟第二章GrADS繪圖的各種設(shè)置一GrADS批處理和腳本文件二GrADS圖元文件的輸出及調(diào)用三系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的參數(shù)設(shè)計(jì)和功能定義1維數(shù)環(huán)境設(shè)置；2圖形類(lèi)型設(shè)置3圖形要素設(shè)置；4字符屬性設(shè)置5地圖投影設(shè)置；6坐標(biāo)要素控制7繪圖區(qū)域設(shè)置；8基礎(chǔ)繪圖指令9系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置；10

GrADS系統(tǒng)命令第三章變量和函數(shù)的定義及功能一變量名和表達(dá)式二臨時(shí)定義變量三函數(shù)1數(shù)學(xué)函數(shù)；2統(tǒng)計(jì)函數(shù)；3網(wǎng)格處理函數(shù)4濾波平滑函數(shù)；5差分函數(shù)6物理量計(jì)算函數(shù)7站點(diǎn)數(shù)據(jù)專(zhuān)用函數(shù)四循環(huán)結(jié)構(gòu)五GrADS如何寫(xiě)數(shù)據(jù)文件第四章站點(diǎn)數(shù)據(jù)格式及繪制站點(diǎn)圖一站點(diǎn)數(shù)據(jù)的存放格式二站點(diǎn)數(shù)據(jù)描述文件三繪制站點(diǎn)等值線(xiàn)圖及站點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為格點(diǎn)數(shù)據(jù)四GrADS繪制詳細(xì)中國(guó)地圖的方法第五章氣象數(shù)據(jù)的處理一氣象數(shù)據(jù)下載網(wǎng)址二grb格式的數(shù)據(jù)1

GRIB數(shù)據(jù)的ctl特殊之處2如何生成grb數(shù)據(jù)的ctl文件和idx文件3如何用wgrib.exe處理grb格式的數(shù)據(jù)三nc格式的數(shù)據(jù)1

GrADS可直接打開(kāi)nc格式的數(shù)據(jù)2

netCDF專(zhuān)用工具之ncdump第六章其他氣象常用繪圖軟件簡(jiǎn)介一Surfer二Wingraph本章選講，根據(jù)上課學(xué)生掌握情況調(diào)整，如時(shí)間充裕則講，否則不講。上課原則是盡量讓學(xué)生將講授的知識(shí)搞懂搞熟，注重效果。第一章氣象繪圖軟件GrADS基礎(chǔ)知識(shí)一GrADS軟件概述二如何繪制圖形1軟件安裝及說(shuō)明手冊(cè)；2如何運(yùn)行GrADS軟件；3繪圖必須具備的文件三數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)描述文件1格點(diǎn)數(shù)據(jù)文件；2數(shù)據(jù)描述文件四最簡(jiǎn)單的繪圖步驟一、GrADS軟件概述氣象常用繪圖工具M(jìn)ICAPSExcel1D圖(線(xiàn)/直方/散點(diǎn)/…圖)Grapher1D圖(線(xiàn)/直方/散點(diǎn)/…圖)GrADS1D(線(xiàn)/直方/散點(diǎn))圖,2D平面圖Surfer2D平面圖,3D曲面圖NCL1D圖,2D平面圖,3D曲面圖IDV,Vis5D1D圖,2D平面圖,3D曲面圖MATLAB,IDL1D圖,2D平面圖,3D曲面圖一般繪圖步驟數(shù)據(jù)準(zhǔn)備圖樣選擇定制結(jié)果保存自動(dòng)化繪圖批處理腳本編寫(xiě)技巧GrADS是美國(guó)馬里蘭大學(xué)氣象系開(kāi)發(fā)的一款氣象數(shù)據(jù)分析與顯示軟件。GrADS:GridAnalysisandDisplaySystemGr格點(diǎn)/站點(diǎn)——擅長(zhǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)處理A數(shù)據(jù)分析——簡(jiǎn)單的計(jì)算和診斷D圖形顯示——圖樣選擇、定制、保存S系統(tǒng)——也可理解成腳本(Script)編程GrADS主要功能1）可以處理四維數(shù)據(jù)，包含經(jīng)度、緯度、層次和時(shí)間；2）可以處理多種數(shù)據(jù)格式，包括二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式，GRIB格式，NetCDF格式等通用數(shù)據(jù)格式；3）可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再加工，如fwrite語(yǔ)句；4）可以顯示多種類(lèi)型圖形；5）可以精細(xì)設(shè)置各種繪圖要素；6）可以按多種方式存儲(chǔ)圖形文件；7）提供多種后期處理的軟件工具。GrADS軟件的優(yōu)點(diǎn)1）軟件的專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，它是專(zhuān)門(mén)為從事氣象研究的科研和業(yè)務(wù)人員開(kāi)發(fā)的，因此特別適用于氣象數(shù)據(jù)資料的分析和顯示；2）軟件適用于多種操作系統(tǒng)，如Windows7，Linux和工作站下的Unix等；3）軟件采用命令輸入和圖形顯示交互式的操作方式GrADS操作界面由命令窗口和圖形顯示窗口組成，在命令窗輸入命令，則在圖形窗出現(xiàn)相應(yīng)圖形，這種操作方式簡(jiǎn)單直觀，容易理解和使用。GrADS常用資源：

/glzc/GrADS/index.aspGrADSHomepage:/grads/GrADSScriptLibrary:/grads/gadoc/library.htmlGrADS中文討論區(qū)：

/bbs/forum-3-1.html《GrADS實(shí)用手冊(cè)》（LASG編）PDF版：/xglm/2007/10/xuiq4v4915.htmGrADS實(shí)用繪圖（講義，F(xiàn)unny主講）：/xglm/2007/10/d2cwn1biki.htmGrADS中國(guó)底圖（funny提供）：

cnhimap|cnmap全國(guó)水系、地圖等下載：

cnwater.zip

|cnriver.zip|cnworld.zipGrADS實(shí)用文檔LASG編《GrADS實(shí)用手冊(cè)》中文,較全面,可用來(lái)自學(xué)GrADSreferencecard英文,繪圖命令和函數(shù)速查GrADSscriptinglanguagereferencecard英文,腳本語(yǔ)言語(yǔ)法速查GrADSDocumentationIndex聯(lián)機(jī)英文索引,最全面GrADS繪圖軟件包的安裝操作系統(tǒng)Windows/Linux/UNIX/MacOSX其它要求仿UNIX圖形環(huán)境(Xserver)版本選擇Windows：OpenGrADSv2.0(一)軟件的安裝及說(shuō)明手冊(cè)(Windows)運(yùn)行GrADS安裝程序,建議安裝到盤(pán)區(qū)根目錄下，如D:\OpenGrADS安裝后,OpenGrADS目錄下的子目錄主要有Contents\Resources\SupportData字體,底圖,要素單位Contents\Resources\Scripts批處理腳本Contents\Cygwin\Versions\2.0.a5.oga.5\i686可執(zhí)行文件如何繪制圖形運(yùn)行GrADS繪圖軟件打開(kāi)GrADS軟件，直接鍵入回車(chē)鍵橫放紙(風(fēng)景畫(huà)方式)鍵入n回車(chē)豎放紙(肖像畫(huà)方式)在ga->提示符下鍵入指令，畫(huà)圖（1）原始?xì)庀髷?shù)據(jù)文件，一般情況下后綴為*.dat；（2）數(shù)據(jù)描述文件，后綴為*.ctl；——數(shù)據(jù)文件和GrADS軟件的紐帶，非常重要！?。〈送?，還應(yīng)有：（3）GrADS控制文件，后綴為*.gs。（二）繪圖必須包括：原始數(shù)據(jù)文件：1、格點(diǎn)數(shù)據(jù)文件（最普遍，最常用）2、站點(diǎn)數(shù)據(jù)文件存放格式：

GrADS格點(diǎn)數(shù)據(jù)集為直接訪問(wèn)形式（directaccessbinary），一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上（即一個(gè)確定的經(jīng)緯度，高度和時(shí)刻）可以有多個(gè)物理變量，GrADS視這些數(shù)據(jù)為一個(gè)大數(shù)組，其排放順序?yàn)橄葂（經(jīng)度）、y（緯度）、z（高度層次），然后是各物理變量，最后是t（時(shí)次）。每個(gè)數(shù)據(jù)集由一個(gè)數(shù)據(jù)描述文件描述。格點(diǎn)數(shù)據(jù)文件多時(shí)刻多個(gè)層次多個(gè)變量的數(shù)據(jù)存放次序數(shù)據(jù)文件的讀取和寫(xiě)入Readuwnd.f90數(shù)據(jù)描述文件（即.ctl文件）（例）：DSETua.datTITLEUpperAirDataDTYPEgridFORMATyrevOPTIONSbyteswappedUNDEF-9.99e33XDEF80linear0.01.0YDEF50linear20.01.0ZDEF10levels1000850700500400300250200150100TDEF4linear00:00z10apr199112hrVARS6slp099SeaLevelPressure(hPa)hgt1099Geopotentialheights(gpm)temp1099Temperature(degC)td699Dew-pointtemperature(degC)uwnd1099Zonalwind(m/s)vwnd1099Meridionalwind(m/s)ENDVARS每個(gè)描述文件包含以下幾項(xiàng)：1）二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件名；2）本數(shù)據(jù)集說(shuō)明標(biāo)題；3）數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)類(lèi)型，格式和選項(xiàng)（dtype,format,options）；——該項(xiàng)可省略4）缺測(cè)值定義；5）時(shí)空維數(shù)環(huán)境設(shè)置；6）變量定義。特別地，GrADS中不能用tab鍵。數(shù)據(jù)描述文件(ctl文件)ctl文件的格式ctl文件為文本格式文件，格式如下：每行頂格寫(xiě)，記錄的各項(xiàng)以空格分開(kāi)，注釋行在第一列打“*”，注釋行不能出現(xiàn)在變量列表中，每行記錄不超過(guò)80個(gè)字符。對(duì)某一層某一變量在某一時(shí)刻，x、y數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成了一個(gè)水平網(wǎng)格，該網(wǎng)格嚴(yán)格對(duì)應(yīng)于FORTRAN中的數(shù)組存放順序，第一維總是從西變到東，第二維從南變到北。數(shù)據(jù)描述文件中各記錄詳細(xì)說(shuō)明：1）DSET：要說(shuō)明的數(shù)據(jù)文件2）TITLE：題目，簡(jiǎn)要說(shuō)明數(shù)據(jù)文件的意義3）DTYPE：數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以是格點(diǎn)（缺省）或站點(diǎn)4）FORMAT：格式，少用，可以在options項(xiàng)指出5）UNDEF：定義缺測(cè)值，GrADS不處理6）OPTIONS7）XDEF：X方向維數(shù)說(shuō)明8）YDEF：Y方向維數(shù)說(shuō)明9）ZDEF：Z方向維數(shù)說(shuō)明10）TDEF：T方向（時(shí)間）維數(shù)說(shuō)明11）VARS；ENDVARS：變量說(shuō)明其中必需項(xiàng)包括：1、2、5、7、8、9、10、11X,Y方向的維數(shù)說(shuō)明方向:自西向東,自南向北單位:度（緯度/經(jīng)度）正負(fù)值:以東為正/以北為正xdef80

linear

0.0

1.0x(lon)方向維數(shù)定義；共有80個(gè)格點(diǎn)；坐標(biāo)值線(xiàn)性增加；起始坐標(biāo)值；坐標(biāo)間隔可用levels關(guān)鍵字替換Y:gausT62、gausR15、gausR20、gausR40Z方向的維數(shù)說(shuō)明zdef10

levels

1000850700500400300250200150100z方向維數(shù)定義；共10層；列舉法；給出坐標(biāo)值；可用linear關(guān)鍵字替換方向:自下而上單位:hPa/其他T方向（時(shí)間）的維數(shù)說(shuō)明tdef4

linear

00:00z10apr1991

12hrt方向維數(shù)定義；共4個(gè)時(shí)次；只有l(wèi)inear關(guān)鍵字，線(xiàn)性增加；起始時(shí)間必須按照上述格式寫(xiě)：年份用4位數(shù)寫(xiě)，10日00:00時(shí)（按情況可省略），1991年4月（不可省略）；時(shí)間步長(zhǎng)：3mn分鐘;6hr小時(shí);1dy天;1mo月;1yr年變量說(shuō)明slp0

99

SeaLevelPressure(hPa)變量名為slp；地面變量；對(duì)變量的說(shuō)明：海平面氣壓，單位為hPatemp10

99

Temperature(degC)變量名為temp；高空變量，共10層，與“zdef10levels1000850700500400300250200150100”對(duì)應(yīng)；對(duì)變量的說(shuō)明：高空溫度，單位為Ctd6

99

Dew-pointtemperature(degC)options是可選的關(guān)鍵字,其選項(xiàng)有：yrev自北向南的數(shù)據(jù)zrev自高層到低層的數(shù)據(jù)sequential順序存貯的數(shù)據(jù)365_day_calendar任何年份均是365天template多個(gè)文件byteswapped文件存儲(chǔ)的字節(jié)次序與本機(jī)相反big_endian在SUN,SGI等機(jī)器上生成的數(shù)據(jù)little_endian在PC,DEC等機(jī)器上生成的數(shù)據(jù)cray_32bit_ieee在Cray機(jī)上生成的數(shù)據(jù)（三）最簡(jiǎn)單的繪圖步驟Step1:運(yùn)行GrADS軟件Step2:打開(kāi)一個(gè)數(shù)據(jù)描述文件ga>openexample.ctlStep3:顯示一個(gè)變量ga>displaytemp或ga>dtemp這只是最簡(jiǎn)單的繪圖步驟，實(shí)際使用時(shí)繪圖的步驟還可以有所不同，邊學(xué)邊講?。?！如果y方向是從北緯向南緯的方向儲(chǔ)存的，在ctl文件中，使用optionsyrev進(jìn)行說(shuō)明即可；如果z方向是從高空向地面的方向存放的，在ctl文件中，使用optionszrev進(jìn)行說(shuō)明即可；ydef和zdef的寫(xiě)法，還是按照從南緯到北緯，從低層到高層的方向不變！特別說(shuō)明：用一個(gè).ctl文件描述多個(gè)數(shù)據(jù)文件options選項(xiàng)為template時(shí)，可用一個(gè).ctl文件描述多個(gè)數(shù)據(jù)文件。例:某地區(qū)逐日溫度資料，每天的資料存為一個(gè)文件，每個(gè)文件的格式完全相同，文件名如下：tmp.20010101.dattmp.20010102.dattmp.20010103.dattmp.20010131.dat用一個(gè).ctl文件描述多個(gè)數(shù)據(jù)文件則ctl文件的一個(gè)例子為：dsettmp.200101%d2.datoptionstemplate……tdef31linear01Jan20011dy……文件名中時(shí)間格式說(shuō)明符%x11位數(shù)字表示的年代(如:1910,1920,1930)%x33位數(shù)字表示的年代(如:1980,1990,2000)%y22位數(shù)字表示的年%y44位數(shù)字表示的年%m11位或2位數(shù)字表示的月(如:1,2,…,11,12)%m2位數(shù)字表示的月(如:01,03,…,12)%mc3位字符表示的月(如:Jan,Feb,Mar,…)文件名中時(shí)間格式說(shuō)明符(二)%d11位或2位數(shù)字表示的日(如:1,2,…,31)%d22位數(shù)字表示的日(如:01,02,10,31)%h11位或2位數(shù)字表示的小時(shí)(如:1z,2z,…,12z)%h22位數(shù)字表示的小時(shí)(如:01,02,10,24)%h33位數(shù)字表示的小時(shí)(如:120,012)%f22位或3位數(shù)字表示的預(yù)報(bào)時(shí)效(如:12,24,48,72,120)%f33位數(shù)字表示的預(yù)報(bào)時(shí)效(如:012,024,072,120)%n22位數(shù)字表示的分鐘(如:01,35,60)常用氣象資料大尺度資料采用再分析數(shù)據(jù)，主要有：NCAR/NCEP再分析資料；ECMWF再分析資料。高空資料為均勻分布的經(jīng)緯度網(wǎng)格點(diǎn)，水平分辨率為2.5*2.5C，全球共144*73格點(diǎn)；地表資料則有2種，一種和高空資料相同，另一種為Gauss格點(diǎn)，經(jīng)度是等間距的，分辨率為1.875C，緯度是不等間距的。如下的ctl文件，是我們通常使用的，它描述的數(shù)據(jù)example.dat符合一般的存儲(chǔ)順序：dsetexample.dattitleupperleveldataxdef144linear02.5ydef73linear-902.5zdef12levels1000925850700600500400300250200150100tdef480linearjan19581movars5hgt1299geopotentialheightuwnd1299u-windvwnd1299v-windomega1299verti