GrADS基础使用教程

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,GrADS,基础绘图,何晏春,2008-2-23,提纲,1,、,grads,功能概述,（,1,）、软件性能介绍,:,主要是与,matlab,对比,（,2,）、,grads,在,win/Linux,下的下载、安装、运行：,linux/windows,环境变量的设置，安装后各个目录文件的内容,（,3,）、紧接着进行,grads,的简单操作：对,nc,资料的操作，画两张简单的图：,contour,与,shaded,叠加,（,2,）、,Grads,网络资源,2,、,Grads,的图形显示类型及绘图设置,（,1,）、一维：直方、折现、散点、误差图,.,（,2,）、二维：等值线、阴影图、风矢量、流线图、站点天气图,（,3,）、图形设置：坐标、线型、页面、地图投影、地表状况、图形信息开关,3, Grads,函数,4,、,grads,批处理脚本,3,、,Grads,数据准备,（,1,）、,ncep,资料的直接读取,（,2,）、二进制格点数据的生成、数据描述文件,ctl,作用,介绍,grads,格点数据的存储结构，即维数环境，生成二进制的,fortran,程序段；,ctl,文件的作用，,ctl,文件的结构。,（,3,）、,mm5out_to_Grads,wrfoutput_to_grads,（,4,）、站点数据的准备以及站点图形的绘制,4,、,grads,函数的使用：,（,1,）、数学函数,(2,）、统计函数 （,3,）、网格处理函数,.,5,、实例示范,（,1,）,precluster,应用,（,2,）,pc,演示，用,grads,的,totourial,。,参考资料,1,、,GrADS Tutorial,2,、,GrADS Reference Card,3,、,LASG: GrADS Mannual,4,、,LASG: GrADS,实用绘图讲义，,funny,动力论坛,5,、动力论坛,GrADS,中文讨论区,常见软件,Panoply,OpenDX (formerly IBM Data Explorer),NCL (NCAR Command Language),ncBrowse (netCDF File Browser),HDF (Hierarchical Data Format) interface,GrADS (Grid Analysis and Display System),FERRET,NetCDF Toolbox for MATLAB-5,IDV (Integrated Data Viewer),Origin,surfer,常用绘图软件，及,GrADS,优缺点,matlab,画图和,grads,画图的比较,总体上来说,matlab,画图比,grads,好,matlab,的优点：,（,1,），,matlab,是用对象属性来控制图形中的每一个部分，因此在对图片进行操作是相当容易。,（,2,），它画二维曲线图时，画的图非常光滑，视觉效果很好。,（,3,），,matlab,画二维等值线图时，投影方式相当丰富，基本覆盖各行业所需。它的底图（地图）比较漂亮，而且还可以用海拔高度函数是不同海拔用不同的颜色表示出来。,（,4,），它可以画三维图，图形非常漂亮。,grads,在这点目前是办不到的,.,Matlab,的缺点：,绘图速度较慢，当数据文件较大时，读入很容易内存溢出,远程处理比较麻烦。,grads,的优点,;,（,1,），最多能读入,20,个数据文件，数据读取迅速，出图速度快，但是要写描述文件和,gs,文件比较麻烦。,（,2,），在画二维等值线图时，图形非常平滑，这点是我到现在还没大规模用,matlab,的主要原因。,（,3,），它包含了很多气象上所需要的函数，在,gs,文件里可以直接调用，因此在用它时也省了不少事。,Grads,在,win/Linux,下的下载、安装、运行,程序：,Windows,：,grads-1.8sl11-win32e.exe,Linux,：,grads-bin-1.9b4-linuxRH9.tar.gz,grads-1.8sl11-linux.tar.gz,data.tar.Z,环境变量：,Windows,：,新建变量,GASDIR c:PcGrADSdat,GASCRP c:PcGrADSlib,修改,PATH,变量,增加路径,c:PcGrADSwin32;c:PcGrADSlib;c:PcGrADSdat;,Linux,：,在,.cshrc,文件中添加,:,#,执行文件路径：,setenv PATH /usr/local/grads/bin:$PATH,#,字体和底图文件路径：,setenv GADDIR /usr/local/grads/dat,#,脚本库的路径：,setenv GASCRP /usr/local/grads/lib,Grads,网络资源,GrADS,主页和中文讨论区,http:/grads.iges.org/grads/,或,ftp:/ grads.iges.org/grads,(,软件下载,/,联机文档,/ email,讨论区,), reference card,英文,绘图命令和函数速查,GrADS scripting language reference card,英文,脚本语言语法速查,GrADS Documentation Index,联机英文索引,最全面,运行,GrADS,打开数据：,ga-open *.ctl,ga-sdfopen *.nc,ga-xdfopen test.ddf,查询信息：,query,ga-query ctlinfo,ga-q dims,ga-q file,关闭数据文件,ga- close 3,ga- close 2,Ga- close 1,设置维数环境,ga- set x 1 73 ,ga- set lat -20 60 ,ga- set lev 850 ,ga- set time 00z01Apr2007 ,26,LASG,动力论坛版,三,.,运行,GrADS,绘图软件包,设置维数环境,ga- set x 1 73 ,ga- set lat -20 60 ,ga- set lev 850 ,ga- set time 00z01Apr2007 ,显示图形,ga- display u ,ga- d u; v.2 ,ga- d u; v.2; mag(u,v.2) ,保存图形,ga- enable print a.gmf ,ga- print ,ga- disable print ,􀃅,清屏,ga- clear ,ga- c ,重置缺省环境,不关闭数据文件,ga- reset ,重新初始化,关闭,reinit ,命令顺序,grads b|l|p|c,open/run,set,display,draw,print,quit/reinit,显示类型,bar,直方图,line,折线图,errbar,标误差线,linefill,两线之间填色,scatter,散点图,grfill,按网格填色,(,马赛克图,),fgrid,按,set fgvals,指定值填网格颜色,grid,网格填值,findstn,寻找最近的站点,model,站点填图,stnmark,标记站点位置,value,标站点值,contour,等值线图,shaded,填色等值线图,vector,风矢量图,barb,风羽,stream,流线图,stat,输出统计数据,print,十进制屏幕输出,(set prnopts),fwrite,输出二进制文件,(set fwrite),tserbarb,单站的风羽时间序列,tserwx,单站天气现象时间序列,wxsym,在站点上标记天气符号,(set wxopt),坐标设置,title/ xlab/ ylab,和坐标轴,/,刻度,/,标值,-,画图形区的外框,-,X,和,Y,轴互换,-,Z,轴取对数坐标,(,气压不等距,)-,(1.9),纬度,1-D,变化时纬度取,cosine,坐标,-,省略时间刻度的年份,/,年月,-,绘图区内部网格线属性,-,控制,set gxout grid,的内部网格线属性,-,刻度间隔,-,刻度及标值的起,/,止位置及间隔,-,Y,轴变量取值范围,(,或,X,轴,)-,坐标轴相对于绘图区的位置,-,坐标刻度和标值的属性,-,等值线标值的属性,-,列举坐标刻度,-,列举坐标标值,-,X,轴反向,(,或,Y,轴,)-,坐标刻度的标值方式,-,写坐标标题,-,图的标题,-,set annot #color(1) thick(6),set frame on | off | circle,set xyrev on,set zlog ,on | off | swap | undefine ,set coslat ,on | off ,set tlsupp ,year | month ,set grid ,on| off| horizontal| vertical linestyle #color,set gridln ,auto | off | #color ,set xlint,int,set xaxis,starrt end int,set vrange,vlo vhi,set xlpos,offset(0) b | t ,set xlopts,#color(1) thick(4) size(0.12),set clopts,#col(-1) thick(-1) size(0.09),set xlevs,x1 x2 x3,set xlabs,b1|b2|b3|,set xflip ,on | off ,set xlab ,on | off | aut,draw title,title_string,set ylint,set yaxis,set vrange2,set ylpos,l|r,set ylopts,set ylevs,set ylabs,set ylab,set yflip,draw ylab,自由图形、符号,设置线属性,-,画线,-,画符号,-,画空心,|,实心方框,-,画多边形,-,画多边形,-,画天气符号,-,设置字体,-,写标题,-,设置字符串属性,-,设置字符串大小,-,写字符串,-,set line,#color #style #thick,draw line,x1 y1 x2 y2,draw mark,marktype x y size,draw rec | recf ,xlo ylo xhi yhi,draw ployf,x1 y1 x2 y2 xn yn,draw mappoly,lon1 lat1 lon2 lat2 lon1 lat1,draw wxsym #,symbol x y size #color #thick,set font,050,draw title,title_string,set string,#color tl | tc| tr| l | c| r| bl | bc| br,set strsiz,width height,draw string,x y string,天气符号示例,draw wxsym #,symbol x y size #color #thick,q w2xy 135 20,ga- X = 4.25 Y = 4.91667,draw wxsym 40 5,4 0.5 2 2,地图投影、地图数据集,地图投映方式,set mproj ,latlon | scaled | nps | sps | robinson | orthogr| mollweide | lambert | off ,地图数据名,set mpdset ,lowres | mres | hires | ,地图属性设置,set map ,auto | #color #style #thickness ,地图绘制开关,set mpdraw ,on | off ,行政区界开关,set poli ,on | off ,投映参考经纬度,set mpvals ,off | lonmin lonmax latmin latmax ,地图投影方式：,set,mproj,latlon | scaled | nps | sps | robinson | orthogr| mollweide | lambert | off ,-nps,-sps,robinson,-,地图数据集,图形、数据输出,图形输出,1,可用于批处理文件中,enable print,filename.gmf,print,disable print,printim ,png | gif filename xNNN yNNN white | black ,2,，不能用于批处理文件中,wi filename.fmt,.fmt,可为任意图形格式后缀,注意图形窗口不能被遮挡！,outxwd filename.xwd,数据输出,1,，输出成二进制文件,set gxout fwrite,set fwrite filename,d var,disable fwrite,2,，输出为,ASCII,文件,file=output.txt,set gxout print,d tem,rc=write(file, result),rc=close(file),数据分析与诊断,函数的使用,数学函数,绝对值,abs(,expr),余弦,/,反余弦,cos(,expr) acos(expr),正弦,/,反正弦,sin(,expr) asin(expr),正切,/,反正切,tan(,expr) atan2(expr1, expr2) expr1/expr2,指数,exp(,expr),对数,log(,expr) log10(expr),幂函数,pow(,expr1, expr2) expr1expr2,全风速,mag(,u_expr, v_expr),平方根,sqrt(,expr),统计函数：,网格处理函数,滤波平滑函数,差分函数,物理量计算函数,站点数据专用函数,统计函数：,加权,/,不加权平均,-,加权,/,不加权区域平均,-,剔除值后时间求平均,-,加权,/,不加权区域和,-,加权,/,不加权区域和,-,质量加权垂直积分,-,普通积分,-,最大,/,小值,-,最大,/,小值所在格点,-,空间相关,/,回归,-,时间相关,/,回归,-,ave (,expr, dim_expr1,dim_expr2, tincr, |-b ) mean(),aave (,expr, xdim1,xdim2,ydim1,ydim2 | global | g ),tmave (,undefine_or_weight_expr, expr, texpr1, texpr2),sum (,expr, dim_expr1, dim_expr2, tincr, |-b ),asum (,expr, xdim1,xdim2, ydim1, ydim2| global | g ),vint (,ps_expr, expr, top),gint (,expr),Max (,expr, dim1, dim2, tincr) min(),Maxloc (,expr, dim1,dim2, tincr) minloc(),scorr (,expr1,expr2, xdim1, xdim2, ydim1, ydim2| global | g),tcorr (expr1, expr2, tdim1, tdim2),网格处理函数,常数,const (,expr, const, | -u | -a ),剔除,maskout (,expr, mask_expr ),跳点,skip (,expr, skip_x, skip_y ),加权,9,点平滑,smth9 (,expr ) 1-D 3,点平滑,中央差分,cdiff (,expr, dim ),物理量计算函数,虚温,相对湿度求比湿,-,虚温,相对湿度求温度,-,垂直涡度,-,中央差求水平散度,-,全风速,-,tvrh2q(tv_expr, rh_expr),gtvrh2t(tv_expr, rh_expr),hcurl(u_expr, v_expr),hdivg(expr1, expr2),mag(u_expr, v_expr),命令批处理文件：,G,rads,S,cript: *.gs,注释语句,: *,赋值,:,交互命令：,say / prompt / pull,条件控制：,if / else / endif,循环语句：,while,endwhile,/ break,/ continue,*this is a sample script open my_sst_dataset.ctl set lat -30 30 set lon 90 300 display sst,say She said it is . ,Prompt Enter min and max longitudes: pull minlon maxlon,if expressionscript record. elsescript record. . Endif,while expressionscript record,.endwhile,GrADS,自带脚本库,加注色标,/,图例,cbar.gs,条状色标,cbarn.gs,两头尖的条状色标,cbarc.gs,扇形色标,cbar_l.gs,折线图图例,cbar_line.gs,折线图图例,地图底图,basemap.gs,海洋,/,陆地填色,makebg.gs,生成具有地形纹理的底图,map.gs,预定义多个可选的地图范围,颜色定义,cmap.gs,define_colors.gs,插值,isen.gs,由等压面插值到特定等熵面,pinterp.gs,由,eta/sigma/,等压面等插值到指定等压面,zinterp.gs,由,eta/sigma/,等压面等插值到指定等高面,物理量计算等,mconv.gs,计算水汽辐合,plotskew.gs,绘制,T-logP,图,sweat_index.gs,用相对湿度,温度和风计算凝结指数,traj.gs,在水平面上绘制当前时刻向前,/,向后的轨迹线,格式转换,lats4d.gs,输出,NetCDF, HDF-SDS,或,GRIB,格式数据,动画,/,缩放,xanim.gs,动画控制,zoom.gs,图形放大,GrADS,数据数据类型与格式,支持的数据格式：,netCDF,数据格式,HDF,数据格式,Binary,数据格式,站点数据格式,GRIB,数据格式,netCDF,数据格式,运行,gradsnc,ga- sdfopen path/filename.nc,无格式的,Binary,数据格式,自西向东,从南到北,从低层到高层,-,变量,1,到变量,n,-,时间从小到大,这是,GrADS,所用的,数据排列方式,do it=1,mt,write (10, rec=it) ( var(I, j, k, it), i=1,mx), j=1,my), k=1,ml),enddo,parameter (mx=144, my=73, ml=7, mt=12),dimension slp(mx,my,mt),Dimension uwnd(mx,my,ml,mt), vwnd(mx,my,ml,mt),open (10, file=sample.grd, form=unformatted, access=direct, recl=mx*my ),irec=1,do it=1,mt,write (10, rec=irec ) (slp(i,j,it),i=1,mx),j=1,my),irec=irec+1,do ilev=1,ml,write (10, rec=irec ) ( uwnd(I, j, ilev, it), i=1,mx), j=1,my),irec=irec+1,enddo,do ilev=1,ml,write (10, rec=irec ) ( vwnd(I,j, ilev, it), i=1,mx), j=1,my),irec=irec+1,enddo,enddo,close (10),end,DSET,sample.dat,TITLE,Sample Model Data,DTYPE,station,UNDEF,0.10000E+16,XDEF,144 linear 0 2.5,YDEF,73 linear -90 2.0,ZDEF,7 levels 1000 900 800 700 500 300 100,TDEF,12 linear 00z01apr1985 6hr,VARS,3,slp 7 99 sea level pressure,u 7 99 U component,v 7 99 V component,ENDVARS,模式数据转化为,nc,数据,MM5toGrADS.tar.gz:,http:/www.mmm.ucar.edu/mm5/mm5v3/tutorial/mm5tograds/mm5tograds.html,WRF2GrADS:,http:/www.mmm.ucar.edu/wrf/users/download/get_source.html,站点数据的准备以及站点图形的绘制,set gxout,图形类型,findstn,寻找最近的站点,model,站点填图,stnmark,标记站点位置,value,标站点值,tserbarb,单站的风羽时间序列,tserwx,单站天气现象时间序列,wxsym,在站点上标记天气符号,(,set wxopt),台站型离散资料画图的一般原则,1,、把台站资料,r.dat,写成二进制文件,r.grd,2,、编写,r.grd,数据的数据说明文件,r.ctl,3,、用,r.ctl,生成,r.map,文件,4,、生成插值用的背景格点文件,5,、编写,grid.grd,的,.ctl,文件：,grid.ctl,6,、把,r.grd,插值到,grid.grd,的网格点上，并画图,第一、二步：把台站资料,*,.dat,写成二进制文件,*.grd,，并编写相应,ctl,文件,Fortran,程序片段,对应的数据描述文件,dset,sample.grd,title,Sample Model Data,dtype,station,stnmap,sample.map,undef,0.10000E+16,xdef,144 linear 0 2.5,ydef,73 linear -90 2.0,zdef,7 levels 1000 900 800 700 500 300 100,tdef,12 linear 00z01apr1985 6hr,vars,3,slp 7 99 sea level pressure,u 7 99 U component,v 7 99 V component,endvars,parameter (mx=144, my=73, ml=7, mt=12),dimension slp(mx,my,mt),Dimension uwnd(mx,my,ml,mt), vwnd(mx,my,ml,mt),open (10, file=sample.grd, form=unformatted, access=direct, recl=mx*my ),irec=1,do it=1,mt,write (10, rec=irec ) (slp(i,j,it),i=1,mx),j=1,my),irec=irec+1,do ilev=1,ml,write (10, rec=irec ) ( uwnd(I, j, ilev, it), i=1,mx), j=1,my),irec=irec+1,enddo,do ilev=1,ml,write (10, rec=irec ) ( vwnd(I,j, ilev, it), i=1,mx), j=1,my),irec=irec+1,enddo,enddo,close (10),end,第三步：用,stnmap,外部命令生成,.map,文件,方法,1,、,ga-!stnmap,enter stn ctl filename : e:/data/sample.ctl,方法,2,、,!stnmap i e:/data/sample.ctl,特别注意：,GrADS,中的路径表达方法,:,1,引用外部命令时，用,unix,表达法反斜杠,/,，,例如用,!stnmap i e:/data/sample.ctl,，,否则要用,!stnmap i e: datasample.ctl,2,在,grads,的命令提示符下输入的内部命令，如,open,等，和,ctl,描述文件中的路径则不区分,/,和,例如：,ga-open e:datasample.ctl,等同,ga-open e :/data/sample.ctl,dset e:datasample.grd,等同,dset e:/data/sample.grd,第四步、生成插值用的背景格点文件,因为,GrADS,只识别格点数据，所以需要把站点上的资料通过插值函数插值到某个格点文件上才能被识别。,根据,r.dat,提供的信息来写格点文件,grid.grd,（二进制）,要求：,（,1,）,grid.grd,文件的精度要高于或等于,r.dat,的精度,（,2,）,grid.grd,文件的范围要大于或等于,r.dat,的范围,（,3,）,grid.grd,文件的每个点上均赋值,1,（范围与,r.dat,相同）,（,4,）当,grid.grd,文件的范围大于,r.dat,的范围时，除了相同范围的每个点赋值为,1,外，其余外围的点也都赋值为,0,，（也可以赋值为,1,，不过这样做最后在站点数据插值到网格点时，会插值到所期望的网格区域外）,（,5,）插值网格文件的,ctl,文件的时间一定要与数据资料的时间一致！否则会出现,Warning from OACRES: Less than two stations,的错误信息提示,dset e:datachina.grd,title grid,undef 999.9,xdef 620 linear 73.0 0.1,ydef 359 linear 18.0 0.1,zdef 1 levels 1000,tdef 1 linear jan1951 1yr,vars 1,g 0 99 grid data1,endvars,相应的,ctl,描述文件：,第五步、将站点资料插值到预先定义的网格上，并绘图,open e:datachina.ctl,open e:datasample.ctl,set lon 70 140,set lat 15 55,define aa=oacres(g.1,t1.2,50,40,30,20,10,5,2),define aaa=maskout(aa,g.1-0.5),set gxout shaded,d aaa,set gxout contour,d aaa,printim e:datasample.png white,