GrADS实习报告4.doc

南京信息工程大学 实验（实习）报告实验（实习）名称 蒙古高压特征分析 日期 2016.9 得分 指导教师 孙晓娟 系大气科学 专业大气科学班次长望实验班 姓名夏新露一、 实验目的（1）掌握气象要素气候异常特征的基本方法。 （2）进一步巩固Fortran顺序结构和循环结构的程序设计方法，重点掌握文件、变量、函数、数组的使用方法、数据的有格式输入输出方法。 （3）了解并掌握GrADS的使用流程。（4）学习并掌握数据描述文件（*.ctl文件）的书写方法。（5）学习书写简单的“*.gs”文件。（6）掌握GrADS中open,reinit,d,c,quit,q,run等基本命令的使用方法。（7）掌握GrADS维数环境设置方法。（8）掌握GrADS绘制“line”、“bar”图形类型的方法，绘制1951-2010年蒙古高压强度异常的时间序列图。（9）掌握保持GrADS绘制图形的一种方法。二、 实验内容2.1 问题描述 已知1951-2010年1月蒙古高压强度、面积、经度、维度指数序列，计算蒙古高压各指数的气候值、变率和距平，绘制蒙古高压强度、面积、位置指数距平的时间序列图，分析冬季蒙古高压的异常规律。2.2 问题分析 已知：1951-2010年1月蒙古高压强度、面积、经度、维度指数序列资料p.dat、s.dat、lon.dat、lat.dat。计算：蒙古高压各指数的气候值、变率和距平值。绘制：1948-2010年1月蒙古高压强度、面积、位置指数距平的时间序列图。通过分析，根据公式求得蒙古高压1月环流指数气候及异常值。根据GrADS中line和bar两种图形格式绘制方法，绘制蒙古高压环流指数距平的时间序列图。三、 实验步骤3.1蒙古高压环流指数的气候和异常值计算1.分析问题，理清算法和程序，设计程序流程图并编写程序。 2.启动软件开发环境Microsoft Developer Studio。 3.在D盘上创建新工作区shixi04。 4.在工作区shixi3内创建新项目shixi04。5.在项目shixi04内创建源程序文件“mh.f90”，编辑输入源程序文本。 6.在源程序文本中打开数据文件“p.dat”、“s.dat”、“lon.dat”、“lat.dat”，并将其值读入到相应的数组中。 7.编写计算均值、变率和距平的子程序。 8.调用子程序分别计算强度、面积、经度、纬度环流指数的均值、变率和距平。 9.将蒙古高压环流指数的均值和变率写入到“mh1.dat”和“mh1.grd”两个文件中。将蒙古高压环流指数的距平值写入到“mh2.dat”和“mh2.grd”两个文件中。 10.编译、构建、运行、调试Fortran程序。3.2蒙古高压环流指数距平时间序列图绘制 1.为蒙古高压环流指数距平数据文件“mh2.grd”书写数据描述文件“mh2.ctl”，在此文件中定义四个变量p、s、lo、la。 2.编写“mh2.gs”可执行文件，利用GrADS基本操作命令和line、bar两种绘图类型的绘图要素设置，以不同颜色和线形显示蒙古高压强度和面积时间序列图（曲线），分别以不同颜色显示蒙古高压经度和纬度时间序列图（柱状）。 3.将蒙古高压强度和面积时间序列图（曲线）保存到“mhline.gmf”，将蒙古高压经度和纬度时间序列图（柱状）分别保存到“mhlonbar.gmf”和“mhlatbar.gmf”中。 4.启动GrADS，调试、执行“mh2.gs”。 5.分析蒙古高压气候及其异常特征。3.3实习关键技术及方法 某数据资料时间序列距平x为数据资料与其平均值之差某数据资料的变率为其均方差，反映变量围绕平均值的平均变化程度，其计算公式为：3.4实验程序编写以下FORTRAN程序用于蒙古高压环流指数气候及异常值计算。program mh implicit none integer,parameter:ny=60 !p(ny)、pa(ny)、pav和pd分别为强度指数原序列、距平序列、均值和标准差，其他参数量类似定义 real p(ny),s(ny),lon(ny),lat(ny),pa(ny),sa(ny),lona(ny),lata(ny),pav,sav,lonav,latav,pd,sd,lond,latd integer i,j,k !利用open语句打开强度、面积、经度、纬度指数数据 open(1,file=D:GrAdsshixiGrAdschap4p.dat) open(2,file=D:GrAdsshixiGrAdschap4s.dat) open(3,file=D:GrAdsshixiGrAdschap4lon.dat) open(4,file=D:GrAdsshixiGrAdschap4lat.dat) !将打开数据保存到对应数组中 do i=1,ny read(1,*) p(i) read(2,*) s(i) read(3,*) lon(i) read(4,*) lat(i) enddo close(1) close(2) close(3) close(4) !调用气候及异常值计算函数 call cha(ny,p,pa,pav,pd) call cha(ny,s,sa,sav,sd) call cha(ny,lon,lona,lonav,lond) call cha(ny,lat,lata,latav,latd) !用open语句打开文件 open(5,file=D:GrAdsshixiGrAdschap4mh1.dat) write(5,100) pav,pd write(5,100) sav,sd write(5,100) lonav,lond write(5,100) latav,latd close(5) !将蒙古高压环流指数气候值写入到mh1.grd中 open(6,file=D:GrAdsshixiGrAdschap4mh1.grd,form=binary) write(6) pav,pd write(6) sav,sd write(6) lonav,lond write(6) latav,latd close(6) !将蒙古高压环流指数距平值写入到mh2.grd中，要求按pa(60)、sa(60)、lona(60)、lata(60)顺序存放 open(7,file=D:GrAdsshixiGrAdschap4mh2.dat) write(7,200) (pa(i),i=1,ny) write(7,200) (sa(i),i=1,ny) write(7,200) (lona(i),i=1,ny) write(7,200) (lata(i),i=1,ny) close(7) !将蒙古高压环流指数距平值写入到mh2.grd中，要求利用do循环按pa(i)、sa(i)、lona(i)、lata(i)顺序存放 open(8,file=D:GrAdsshixiGrAdschap4mh2.grd,form=binary) do i=1,ny write(8) pa(i) write(8) sa(i) write(8) lona(i) write(8) lata(i) enddo close(8) !上面两种书写数据的数据结构不同，注意区分100 format(2f10.2) 200 format(f10.2) end!求特征值subroutine cha(ny,x,xa,xav,xd) integer:ny integer i !x(ny)为原序列值，xa，xav和xd分别保存序列距平、均值和标准差值 real :x(ny),xa(ny),xav,xd,sum=0 xd=0 do i=1,ny sum=sum+x(i) enddo xav=sum/ny do i=1,ny xa(i)=x(i)-xav xd=xa(i)*xa(i)+xd enddo xd=sqrt(xd/ny) returnend以下程序用于蒙古高压环流指数距平值绘图。（GrADS程序编写）“mh2.ctl”dset E:daqiGrADSgradsSHIXIshixi4mh2.grdundef -9.99E+33title 蒙古高压环流指数距平图xdef 1 linear 1 2.500ydef 1 linear 1 2.500zdef 1 levels 1tdef 60 linear JAN1951 1yrvars 4pa 1 99 pressure anomaly(Pa)sa 1 99 area(m2)lona 1 99 longitudelata 1 99 latitudeendvars“mh2.gs”reinitopen E:daqiGrADSgradsSHIXIshixi4mh2.ctlenable print E:daqiGrADSgradsSHIXIshixi4mhpsline.gmfset lat 1set lon 1set lev 1set t 1 60set gxout lineset ccolor 1set cstyle 1set cthick 5set cmark 2d paset ccolor 4set cstyle 1set cthick 2set cmark 2d saprintdisable printcenable print E:daqiGrADSgradsSHIXIshixi4mhlonbar.gmfset gxout barset barbase 2set bargap 2set ccolor 4d lonaprintdisable printcenable print E:daqiGrADSgradsSHIXIshixi4mhlatbar.gmfset gxout barset barbase 2set bargap 2set ccolor 4d lataprintdisable print;四、 实验结果蒙古高压纬度时间序列如图1所示：图1 蒙古高压纬度时间序列分析：蒙古高压纬度距平异常变化周期约为10年，变化范围在12左右，呈上下震荡模式，其中，1968-1978年间的负距平较大。总的来看，负距平要大于正距平。蒙古高压强度和面积时间序列如图2所示图2 蒙古高压强度和面积时间序列（幅度小的是面积）注：面积扩大了10倍分析：蒙古高压的强度距平变化幅度远大于面积距平变化，且二者距平分布均没有明显规律和周期。1951-2010折60年强度距平年际变化正距平大于负距平，面积距平正负距平基本持恒。蒙古高压经度时间序列如图3图3 蒙古高压经度时间序列分析：由1951-2010这60年的经度距平图可以明显看出，负距平时间多于正距平，但是负距平达到-4及以上的很少，正距平数量值大于负距平