GrADS实习报告4

1 南京信息工程大学南京信息工程大学 实验 实习 报告实验 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 一 实验目的实验目的 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 二 实验内容实验内容 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 2 三 三 实验步骤实验步骤 3 1 蒙古高压环流指数的气候和异常值计算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 3 实习关键技术及方法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 t xx 1 1 n i i xx n 1 2 3 t xxx tn 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 2 1 n i i xx n 3 4 实验程序编写实验程序编写 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 lo nd 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 GrAdsshixi GrAds chap4 p dat open 2 file D GrAdsshixi GrAds chap4 s dat open 3 file D GrAdsshixi GrAds chap4 lon dat open 4 file D GrAdsshixi GrAds chap4 lat 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 4 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 GrAdsshixi GrAds chap4 mh1 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 GrAdsshixi GrAds chap4 mh1 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 GrAdsshixi GrAds chap4 mh2 dat write 7 200 pa i i 1 ny 5 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 GrAdsshixi GrAds chap4 mh2 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 6 xa i x i xav xd xa i xa i xd enddo xd sqrt xd ny return end 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 daqi GrADS gradsSHIXI shixi4 mh2 grd undef 9 99E 33 title 蒙古高压环流指数距平图 xdef 1 linear 1 2 500 ydef 1 linear 1 2 500 zdef 1 levels 1 tdef 60 linear JAN1951 1yr vars 4 pa 1 99 pressure anomaly Pa sa 1 99 area m 2 lona 1 99 longitude lata 1 99 latitude endvars mh2 gs reinit open E daqi GrADS gradsSHIXI shixi4 mh2 ctl enable print E daqi GrADS gradsSHIXI shixi4 mhpsline gmf set lat 1 set lon 1 set lev 1 set t 1 60 7 set gxout line set ccolor 1 set cstyle 1 set cthick 5 set cmark 2 d pa set ccolor 4 set cstyle 1 set cthick 2 set cmark 2 d sa print disable print c enable print E daqi GrADS gradsSHIXI shixi4 mhlonbar gmf set gxout bar set barbase 2 set bargap 2 set ccolor 4 d lona print disable print c enable print E daqi GrADS gradsSHIXI shixi4 mhlatbar gmf set gxout bar set barbase 2 set bargap 2 set ccolor 4 d lata print 8 disable print 四 四 实验结果实验结果 蒙古高压纬度时间序列如图 1 所示 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 1 蒙古高压纬度时间序列 9 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 其中有半数