第一讲 GrADS绘图软件基础知识

1、气象资料处理及可视化气象资料处理及可视化2013年年9月月任课教师：任课教师：乔云亭乔云亭1892276527718922765277博士生助教：博士生助教：陈泽生陈泽生1356039548813560395488教材及参考书教材及参考书GrADS软件基础教程，马红云、李丽平编著，软件基础教程，马红云、李丽平编著，气象出版社，气象出版社，2011年年11月。月。GrADS绘图实用手册，朱禾编著，气象出版社，绘图实用手册，朱禾编著，气象出版社，2011年年10月。月。GrADS实 用 手 册 （实 用 手 册 （ LASG编 ，编 ， PDF版 ）版 ）http:/ 气象绘图软件气象绘图软件Gr

2、ADS基础知识基础知识第二章第二章 GrADS绘图的各种设置绘图的各种设置第三章第三章 变量和函数的定义及功能变量和函数的定义及功能第四章第四章 站点数据格式及绘制站点图站点数据格式及绘制站点图第五章第五章 气象数据的处理气象数据的处理第六章第六章 其他气象常用绘图软件简介（选讲）其他气象常用绘图软件简介（选讲）第一章第一章 气象绘图软件气象绘图软件GrADSGrADS基础知基础知识识一一 GrADS软件概述软件概述二二 如何绘制图形如何绘制图形l1 软件安装及说明手册；软件安装及说明手册；l2 如何运行如何运行GrADS软件；软件；l3 绘图必须具备的文件绘图必须具备的文件三三 数据文件和数

3、据描述文件数据文件和数据描述文件l1 格点数据文件；格点数据文件；l2 数据描述文件数据描述文件四四 最简单的绘图步骤最简单的绘图步骤第二章第二章 GrADSGrADS绘图的各种设置绘图的各种设置一一 GrADS批处理和脚本文件批处理和脚本文件二二 GrADS图元文件的输出及调用图元文件的输出及调用三三 系统运行环境的参数设计和功能定义系统运行环境的参数设计和功能定义l1 维数环境设置；维数环境设置；2 图形类型设置图形类型设置l3 图形要素设置；图形要素设置；4 字符属性设置字符属性设置l5 地图投影设置；地图投影设置；6 坐标要素控制坐标要素控制l7 绘图区域设置；绘图区域设置；8 基础绘

4、图指令基础绘图指令l9 系统参数设置；系统参数设置；10 GrADS系统命令系统命令第三章第三章 变量和函数的定义及功能变量和函数的定义及功能一一 变量名和表达式变量名和表达式二二 临时定义变量临时定义变量三三 函数函数l1 数学函数；数学函数；2 统计函数；统计函数；3 网格处理函数网格处理函数l4 滤波平滑函数；滤波平滑函数；5 差分函数差分函数l6 物理量计算函数物理量计算函数l7 站点数据专用函数站点数据专用函数四四 循环结构循环结构五五 GrADS如何写数据文件如何写数据文件第四章第四章 站点数据格式及绘制站点图站点数据格式及绘制站点图一一 站点数据的存放格式站点数据的存放格式二二

5、站点数据描述文件站点数据描述文件三三 绘制站点等值线图及站点数据转化为绘制站点等值线图及站点数据转化为格点数据格点数据四四 GrADS绘制详细中国地图的方法绘制详细中国地图的方法第五章第五章 气象数据的处理气象数据的处理一一 气象数据下载网址气象数据下载网址二二 grb格式的数据格式的数据l1 GRIB数据的数据的ctl特殊之处特殊之处l2 如何生成如何生成grb数据的数据的ctl文件和文件和idx文件文件l3 如何用如何用wgrib.exe处理处理grb格式的数据格式的数据三三 nc格式的数据格式的数据l1 GrADS可直接打开可直接打开nc格式的数据格式的数据l2 netCDF专用工具之专

6、用工具之ncdump第六章第六章 其他气象常用绘图软件简介其他气象常用绘图软件简介一一 Surfer二二 Wingraph本章选讲，根据上课学生掌握情况调整，本章选讲，根据上课学生掌握情况调整，如时间充裕则讲，否则不讲。上课原则如时间充裕则讲，否则不讲。上课原则是尽量让学生将讲授的知识搞懂搞熟，是尽量让学生将讲授的知识搞懂搞熟，注重效果。注重效果。第一章第一章 气象绘图软件气象绘图软件GrADSGrADS基础知基础知识识一一 GrADS软件概述软件概述二二 如何绘制图形如何绘制图形l1 软件安装及说明手册；软件安装及说明手册；l2 如何运行如何运行GrADS软件；软件；l3 绘图必须具备的文件

7、绘图必须具备的文件三三 数据文件和数据描述文件数据文件和数据描述文件l1 格点数据文件；格点数据文件；l2 数据描述文件数据描述文件四四 最简单的绘图步骤最简单的绘图步骤一、一、 GrADS软件概述软件概述气象常用绘图工具气象常用绘图工具lMICAPSlExcel1D图(线/直方/散点/图)lGrapher1D图(线/直方/散点/图)lGrADS1D(线/直方/散点)图, 2D平面图lSurfer2D平面图, 3D曲面图lNCL1D图, 2D平面图, 3D曲面图lIDV , Vis5D1D图, 2D平面图, 3D曲面图lMATLAB, IDL1D图, 2D平面图, 3D曲面图 一般绘图步骤一般

8、绘图步骤l数据准备数据准备l图样选择图样选择l定制定制l结果保存结果保存自动化绘图自动化绘图l批处理脚本编写技巧批处理脚本编写技巧GrADS是美国马里兰大学气象系开发的一款气是美国马里兰大学气象系开发的一款气象数据分析与显示软件。象数据分析与显示软件。GrADS: Grid Analysis and Display SystemlGr格点格点/ 站点站点擅长格点数据处理擅长格点数据处理lA数据分析数据分析简单的计算和诊断简单的计算和诊断lD图形显示图形显示图样选择、定制、保存图样选择、定制、保存lS系统系统也可理解成脚本也可理解成脚本(Script)编程编程GrADS主要功能1）可以处理四维数

9、据，包含经度、纬度、层次和）可以处理四维数据，包含经度、纬度、层次和时间；时间；2）可以处理多种数据格式，包括二进制数据格式）可以处理多种数据格式，包括二进制数据格式，GRIB格式，格式，NetCDF格式等通用数据格式；格式等通用数据格式；3）可以对数据进行再加工，如）可以对数据进行再加工，如fwrite语句；语句；4）可以显示多种类型图形；）可以显示多种类型图形；5）可以精细设置各种绘图要素；）可以精细设置各种绘图要素；6）可以按多种方式存储图形文件；）可以按多种方式存储图形文件；7）提供多种后期处理的软件工具。）提供多种后期处理的软件工具。GrADS软件的优点1）软件的专业性强，它是专门为

10、从事气象研究）软件的专业性强，它是专门为从事气象研究的科研和业务人员开发的，因此特别适用于气的科研和业务人员开发的，因此特别适用于气象数据资料的分析和显示；象数据资料的分析和显示；2）软件适用于多种操作系统，如）软件适用于多种操作系统，如Windows7，Linux和工作站下的和工作站下的Unix等；等；3）软件采用命令输入和图形显示交互式的操作）软件采用命令输入和图形显示交互式的操作方式方式lGrADS操作界面由命令窗口和图形显示窗口组成，操作界面由命令窗口和图形显示窗口组成，在命令窗输入命令，则在图形窗出现相应图形，这种在命令窗输入命令，则在图形窗出现相应图形，这种操作方式简单直观，容易理

11、解和使用。操作方式简单直观，容易理解和使用。GrADS常用资源：常用资源：http:/ Homepage: /grads/GrADS Script Library: /grads/gadoc/library.htmlGrADS 中文讨论区： http:/ （讲义，Funny主讲）：http:/ cnhimap | cnmap全国水系、地图等下载： cnwater.zip | cnriver.zip | cnworld.zipGrADSGrADS实用文档实用文档LASG编编GrADS实用手册实用手册 l中文中文, 较

12、全面较全面, 可用来自学可用来自学GrADS reference cardl英文英文, 绘图命令和函数速查绘图命令和函数速查GrADS scripting language reference cardl英文英文, 脚本语言语法速查脚本语言语法速查GrADS Documentation Indexl联机英文索引联机英文索引, 最全面最全面GrADSGrADS绘图软件包的安装绘图软件包的安装操作系统操作系统lWindows / Linux / UNIX / Mac OSX其它要求其它要求l仿仿UNIX图形环境图形环境(X server) 版本选择版本选择lWindows：OpenGrADS v2

13、.0( (一一) )软件的安装及说明手册软件的安装及说明手册( (Windows) )运行运行GrADS安装程序安装程序,建议安装到盘区根目录建议安装到盘区根目录下，如下，如D:OpenGrADS安装后安装后, OpenGrADS目录下的子目录主要有目录下的子目录主要有ContentsResourcesSupportData 字体字体, 底图底图, 要素单位要素单位ContentsResourcesScripts 批处理脚本批处理脚本ContentsCygwinVersions2.0.a5.oga.5i686 可执行文件可执行文件如何绘制图形如何绘制图形运行运行GrADS绘图软件绘图软件打开打

14、开GrADS软件，软件，l直接键入回车键直接键入回车键 横放纸横放纸(风景画方式风景画方式)l键入键入n回车回车 竖放纸竖放纸(肖像画方式肖像画方式)l在在ga-提示符下键入指令，画图提示符下键入指令，画图（1）原始气象数据文件，一般情况下后缀为）原始气象数据文件，一般情况下后缀为*.dat；（2）数据）数据描述描述文件，后缀为文件，后缀为*.ctl；数据文件和数据文件和GrADS软件的纽带，非常重要！软件的纽带，非常重要！此外，还应有：此外，还应有：（3）GrADS控制文件，后缀为控制文件，后缀为*.gs。（二）绘图必须包括：（二）绘图必须包括：原始数据文件：原始数据文件：1、格点数据文件（

15、最普遍，最常用）、格点数据文件（最普遍，最常用）2、站点数据文件、站点数据文件存放格式：存放格式： GrADS格点数据集为直接访问形式（格点数据集为直接访问形式（direct access binary），一个网格点上（即一个确定），一个网格点上（即一个确定的经纬度，高度和时刻）可以有多个物理变量，的经纬度，高度和时刻）可以有多个物理变量，GrADS视这些数据为一个大数组，其排放顺序视这些数据为一个大数组，其排放顺序为为先先x x（经度）、（经度）、y y（纬度）、（纬度）、z z（高度层次），（高度层次），然后是各物理变量，最后是然后是各物理变量，最后是t t（时次）（时次）。每个。每个数据

16、集由一个数据描述文件描述。数据集由一个数据描述文件描述。格点数据文件格点数据文件多时刻多个层次多个变量的数据存放次序多时刻多个层次多个变量的数据存放次序数据文件的读取和写入Readuwnd.f90数据描述文件（即数据描述文件（即.ctl文件）（例）：文件）（例）：DSET ua.datTITLE Upper Air DataDTYPE gridFORMAT yrevOPTIONS byteswappedUNDEF -9.99e33XDEF 80 linear 0.0 1.0YDEF 50 linear 20.0 1.0ZDEF 10 levels 1000 850 700 500 400 30

17、0 250 200 150 100TDEF 4 linear 00:00z10apr1991 12hrVARS 6slp 0 99 Sea Level Pressure (hPa)hgt 10 99 Geopotential heights (gpm)temp 10 99 Temperature (degC)td 6 99 Dew-point temperature (degC)uwnd 10 99 Zonal wind (m/s)vwnd 10 99 Meridional wind (m/s)ENDVARS每个描述文件包含以下几项：每个描述文件包含以下几项：1）二进制）二进制数据文件名数据文

18、件名；2）本数据集说明标题；）本数据集说明标题；3）数据集的数据类型，格式和选项（）数据集的数据类型，格式和选项（dtype, format, options）；）；该项可省略该项可省略4）缺测值定义；）缺测值定义；5）时空维数环境设置；）时空维数环境设置；6）变量定义。）变量定义。特别地，特别地，GrADS中不能用中不能用tab键。键。数据描述文件数据描述文件(ctl文件文件)ctlctl文件的格式文件的格式lctl文件为文本格式文件，格式如下：文件为文本格式文件，格式如下：l每行顶格写，每行顶格写，l记录的各项以空格分开，记录的各项以空格分开，l注释行在第一列打注释行在第一列打“*”，注释

19、行不能出现在，注释行不能出现在变量列表中，变量列表中，l每行记录不超过每行记录不超过80个字符。个字符。l对某一层某一变量在某一时刻，对某一层某一变量在某一时刻，x、y数据数据点构成了一个水平网格，该网格严格对应点构成了一个水平网格，该网格严格对应于于FORTRAN中的数组存放顺序，第一维中的数组存放顺序，第一维总是从西变到东，第二维从南变到北。总是从西变到东，第二维从南变到北。数据描述文件中各记录详细说明：数据描述文件中各记录详细说明：1）DSET：要说明的数据文件：要说明的数据文件2）TITLE：题目，简要说明数据文件的意义：题目，简要说明数据文件的意义3）DTYPE：数据类型，可以是格点

20、（缺省）或站点：数据类型，可以是格点（缺省）或站点4）FORMAT：格式，少用，可以在：格式，少用，可以在options项指出项指出5）UNDEF：定义缺测值，：定义缺测值，GrADS不处理不处理6）OPTIONS7）XDEF：X方向维数说明方向维数说明 8）YDEF：Y方向维数说明方向维数说明9）ZDEF：Z方向维数说明方向维数说明10）TDEF：T方向（时间）维数说明方向（时间）维数说明11）VARS；ENDVARS：变量说明：变量说明其中必需项包括：其中必需项包括：1、2、5、7、8、9、10、11X, YX, Y方向的维数说明方向的维数说明方向方向:自西向东自西向东, 自南向北自南向北

21、单位单位: 度（纬度度（纬度/经度）经度）正负值正负值: 以东为正以东为正/以北为正以北为正xdef 80 linear 0.0 1.0 x(lon)方向维数定义；方向维数定义；共有共有80个格点；个格点；坐标值坐标值线性增加；线性增加；起始坐标值；起始坐标值；坐标间隔坐标间隔可用可用levels关键字替换关键字替换Y: gausT62、gausR15、gausR20、gausR40Z Z方向的维数说明方向的维数说明zdef 10 levels 1000 850 700 500 400 300 250 200 150 100z方向维数定义；方向维数定义；共共10层层；列举法列举法；给出坐给出坐

22、标值；标值；可用可用linear关键字替换关键字替换方向方向: 自下而上自下而上单位单位: hPa/ 其他其他T T方向（时间）的维数说明方向（时间）的维数说明tdef 4 linear 00:00z10apr1991 12hrt方向维数定义；方向维数定义；共共4个时次个时次；只有只有linear关键字，线性增加关键字，线性增加；起始时间必须按照起始时间必须按照上述格式写：年份用上述格式写：年份用4位数写，位数写， 10日日00:00时（按情况可省略），时（按情况可省略），1991年年4月月（不可省略）（不可省略）；时间步长：时间步长：3mn分分钟钟;6hr小时小时;1dy 天天;1mo月月;

23、1yr年年变量说明变量说明slp 0 99 Sea Level Pressure (hPa)变量名为变量名为slp；地面变量地面变量；对变量的说明：对变量的说明：海平面气压，单位为海平面气压，单位为hPatemp 10 99 Temperature (degC)变量名为变量名为temp；高空变量，共高空变量，共10层，层，与与“zdef 10 levels 1000 850 700 500 400 300 250 200 150 100”对应；对应；对变量的说明：对变量的说明：高空温度，单位为高空温度，单位为 Ctd 6 99 Dew-point temperature (degC)optio

24、ns options 是可选的关键字是可选的关键字, , 其选项有：其选项有：yrev自北向南的数据自北向南的数据zrev自高层到低层的数据自高层到低层的数据sequential顺序存贮的数据顺序存贮的数据365_day_calendar任何年份均是任何年份均是365天天template 多个文件多个文件byteswapped文件存储的字节次序与本机相反文件存储的字节次序与本机相反big_endian在在SUN, SGI等机器上生成的数据等机器上生成的数据little_endian在在PC, DEC等机器上生成的数据等机器上生成的数据cray_32bit_ieee在在Cray机上生成的数据机上

25、生成的数据（三）最简单的绘图步骤（三）最简单的绘图步骤Step 1: 运行运行GrADS软件软件Step 2: 打开一个数据描述文件打开一个数据描述文件lgaopen example.ctlStep 3: 显示一个变量显示一个变量lgadisplay temp 或或 gad temp这只是最简单的绘图步骤，实际使用时绘图这只是最简单的绘图步骤，实际使用时绘图的步骤还可以有所不同，边学边讲！的步骤还可以有所不同，边学边讲！如果如果y方向是从北纬向南纬的方向储存的，方向是从北纬向南纬的方向储存的，在在ctl文件中，使用文件中，使用options yrev进行说明即进行说明即可；可；如果如果z方向是

26、从高空向地面的方向存放的，在方向是从高空向地面的方向存放的，在ctl文件中，使用文件中，使用options zrev进行说明即可；进行说明即可；ydef和和zdef的写法，还是按照从南纬到北纬，的写法，还是按照从南纬到北纬，从低层到高层的方向不变！从低层到高层的方向不变！特别说明：特别说明：用一个用一个.ctl.ctl文件描述多个数据文件文件描述多个数据文件options选项为选项为template时，可用一个时，可用一个.ctl文件描文件描述多个数据文件。述多个数据文件。例例:某地区逐日温度资料，每天的资料存为一个文某地区逐日温度资料，每天的资料存为一个文件，每个文件的格式完全相同，文件名如

27、下：件，每个文件的格式完全相同，文件名如下：tmp.20010101.dattmp.20010102.dattmp.20010103.dattmp.20010131.dat用一个用一个.ctl.ctl文件描述多个数据文件文件描述多个数据文件则则ctl文件的一个例子为：文件的一个例子为：dset tmp.200101%d2%d2.datoptions templatetemplatetdef 3131 linear 01Jan2001 1dy文件名中时间格式说明符文件名中时间格式说明符%x11位数字表示的年代位数字表示的年代(如如: 1910, 1920, 1930)%x33位数字表示的年代位数

28、字表示的年代(如如: 1980, 1990, 2000)%y22位数字表示的年位数字表示的年%y44位数字表示的年位数字表示的年%m11位或位或2位数字表示的月位数字表示的月(如如: 1, 2, , 11,12)%m2位数字表示的月位数字表示的月(如如: 01, 03, , 12)%mc3位字符表示的月位字符表示的月(如如: Jan, Feb, Mar, )文件名中时间格式说明符文件名中时间格式说明符( (二二) )%d11位或位或2位数字表示的日位数字表示的日(如如: 1, 2, , 31)%d22位数字表示的日位数字表示的日(如如: 01, 02, 10, 31)%h11位或位或2位数字表

29、示的小时位数字表示的小时(如如: 1z, 2z, , 12z)%h22位数字表示的小时位数字表示的小时(如如: 01, 02, 10, 24)%h33位数字表示的小时位数字表示的小时(如如: 120, 012)%f22位或位或3位数字表示的预报时效位数字表示的预报时效(如如: 12, 24, 48, 72, 120)%f33位数字表示的预报时效位数字表示的预报时效(如如: 012, 024, 072, 120)%n22位数字表示的分钟位数字表示的分钟(如如: 01, 35, 60)常用气象资料常用气象资料大尺度资料采用再分析数据，主要有：大尺度资料采用再分析数据，主要有：NCAR/NCEP再分

30、析资料；再分析资料；ECMWF再分析资料。再分析资料。高空资料为均匀分布的经纬度网格点，水平高空资料为均匀分布的经纬度网格点，水平分辨率为分辨率为2.5*2.5 C，全球共，全球共144*73格点；格点；地表资料则有地表资料则有2种，一种和高空资料相同，种，一种和高空资料相同，另一种为另一种为Gauss格点，经度是等间距的，分格点，经度是等间距的，分辨率为辨率为1.875 C，纬度是不等间距的。，纬度是不等间距的。如下的如下的ctl文件，是我们通常使用的，它描述的数据文件，是我们通常使用的，它描述的数据example.dat 符合一般的存储顺序：符合一般的存储顺序：dset example.dattitle upper level dataxdef 144 linear 0 2.5ydef 73 linear -90 2.5zdef 12 levels 1000 925 850 700 600 500 400 300 250 200 150 100tdef 480 linear jan1958 1movars 5hgt 12 99 geopotential heightuwnd 12 99 u-windvwnd 12 99 v-windomega 12 99 vertical p-velocitytemp 12