第一讲 GrADS绘图软件基础知识

气象资料处理及可视化2013年9月任课教师：乔云亭qiaoyt士生助教：陈泽生738666137材及参考书GrADS软件基础教程，马红云、李丽平编著，气象出版社，2011年11月。GrADS绘图实用手册，朱禾编著，气象出版社，2011年10月。GrADS实用手册（LASG编，PDF版）/glzc/GrADS/index.asp课程目的与教学基本要求本课程讲授气象绘图软件GrADS的使用及气象常用其他软件，为学生毕业论文的工作打下基础。通过本课程的学习，要求学生能够熟练处理气象资料，并能够根据需要编程、绘图，作为结果分析的依据。授课方式本课程一半学时为老师讲授，另一半学时为学生上机实习，老师在一旁指导。每周上课边讲授边上机实习，有利于学生及时消化掌握老师讲授的知识，使教学效果达到最好。总评成绩平时成绩：40%包括考勤、课堂作业、课后作业等期末成绩：60%机考课程内容第一章气象绘图软件GrADS基础知识第二章GrADS绘图的各种设置第三章变量和函数的定义及功能第四章站点数据格式及绘制站点图第五章气象数据的处理第六章其他气象常用绘图软件简介（选讲）第一章气象绘图软件GrADS基础知识一GrADS软件概述二如何绘制图形1软件安装及说明手册；2如何运行GrADS软件；3绘图必须具备的文件三数据文件和数据描述文件1格点数据文件；2数据描述文件四最简单的绘图步骤第二章GrADS绘图的各种设置一GrADS批处理和脚本文件二GrADS图元文件的输出及调用三系统运行环境的参数设计和功能定义1维数环境设置；2图形类型设置3图形要素设置；4字符属性设置5地图投影设置；6坐标要素控制7绘图区域设置；8基础绘图指令9系统参数设置；10

GrADS系统命令第三章变量和函数的定义及功能一变量名和表达式二临时定义变量三函数1数学函数；2统计函数；3网格处理函数4滤波平滑函数；5差分函数6物理量计算函数7站点数据专用函数四循环结构五GrADS如何写数据文件第四章站点数据格式及绘制站点图一站点数据的存放格式二站点数据描述文件三绘制站点等值线图及站点数据转化为格点数据四GrADS绘制详细中国地图的方法第五章气象数据的处理一气象数据下载网址二grb格式的数据1

GRIB数据的ctl特殊之处2如何生成grb数据的ctl文件和idx文件3如何用wgrib.exe处理grb格式的数据三nc格式的数据1

GrADS可直接打开nc格式的数据2

netCDF专用工具之ncdump第六章其他气象常用绘图软件简介一Surfer二Wingraph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。上课原则是尽量让学生将讲授的知识搞懂搞熟，注重效果。第一章气象绘图软件GrADS基础知识一GrADS软件概述二如何绘制图形1软件安装及说明手册；2如何运行GrADS软件；3绘图必须具备的文件三数据文件和数据描述文件1格点数据文件；2数据描述文件四最简单的绘图步骤一、GrADS软件概述气象常用绘图工具MICAPSExcel1D图(线/直方/散点/…图)Grapher1D图(线/直方/散点/…图)GrADS1D(线/直方/散点)图,2D平面图Surfer2D平面图,3D曲面图NCL1D图,2D平面图,3D曲面图IDV,Vis5D1D图,2D平面图,3D曲面图MATLAB,IDL1D图,2D平面图,3D曲面图一般绘图步骤数据准备图样选择定制结果保存自动化绘图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象数据分析与显示软件。GrADS:GridAnalysisandDisplaySystemGr格点/站点——擅长格点数据处理A数据分析——简单的计算和诊断D图形显示——图样选择、定制、保存S系统——也可理解成脚本(Script)编程GrADS主要功能1）可以处理四维数据，包含经度、纬度、层次和时间；2）可以处理多种数据格式，包括二进制数据格式，GRIB格式，NetCDF格式等通用数据格式；3）可以对数据进行再加工，如fwrite语句；4）可以显示多种类型图形；5）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；7）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，因此特别适用于气象数据资料的分析和显示；2）软件适用于多种操作系统，如Windows7，Linux和工作站下的Unix等；3）软件采用命令输入和图形显示交互式的操作方式GrADS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，这种操作方式简单直观，容易理解和使用。GrADS常用资源：

/glzc/GrADS/index.aspGrADSHomepage:/grads/GrADSScriptLibrary:/grads/gadoc/library.htmlGrADS中文讨论区：

/bbs/forum-3-1.html《GrADS实用手册》（LASG编）PDF版：/xglm/2007/10/xuiq4v4915.htmGrADS实用绘图（讲义，Funny主讲）：/xglm/2007/10/d2cwn1biki.htmGrADS中国底图（funny提供）：

cnhimap|cnmap全国水系、地图等下载：

cnwater.zip

|cnriver.zip|cnworld.zipGrADS实用文档LASG编《GrADS实用手册》中文,较全面,可用来自学GrADSreferencecard英文,绘图命令和函数速查GrADSscriptinglanguagereferencecard英文,脚本语言语法速查GrADSDocumentationIndex联机英文索引,最全面GrADS绘图软件包的安装操作系统Windows/Linux/UNIX/MacOSX其它要求仿UNIX图形环境(Xserver)版本选择Windows：OpenGrADSv2.0(一)软件的安装及说明手册(Windows)运行GrADS安装程序,建议安装到盘区根目录下，如D:\OpenGrADS安装后,OpenGrADS目录下的子目录主要有Contents\Resources\SupportData字体,底图,要素单位Contents\Resources\Scripts批处理脚本Contents\Cygwin\Versions\2.0.a5.oga.5\i686可执行文件如何绘制图形运行GrADS绘图软件打开GrADS软件，直接键入回车键横放纸(风景画方式)键入n回车竖放纸(肖像画方式)在ga->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*.dat；（2）数据描述文件，后缀为*.ctl；——数据文件和GrADS软件的纽带，非常重要！！！此外，还应有：（3）GrADS控制文件，后缀为*.gs。（二）绘图必须包括：原始数据文件：1、格点数据文件（最普遍，最常用）2、站点数据文件存放格式：

GrADS格点数据集为直接访问形式（directaccessbinary），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，GrADS视这些数据为一个大数组，其排放顺序为先x（经度）、y（纬度）、z（高度层次），然后是各物理变量，最后是t（时次）。每个数据集由一个数据描述文件描述。格点数据文件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.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每个描述文件包含以下几项：1）二进制数据文件名；2）本数据集说明标题；3）数据集的数据类型，格式和选项（dtype,format,options）；——该项可省略4）缺测值定义；5）时空维数环境设置；6）变量定义。特别地，GrADS中不能用tab键。数据描述文件(ctl文件)ctl文件的格式ctl文件为文本格式文件，格式如下：每行顶格写，记录的各项以空格分开，注释行在第一列打“*”，注释行不能出现在变量列表中，每行记录不超过80个字符。对某一层某一变量在某一时刻，x、y数据点构成了一个水平网格，该网格严格对应于FORTRAN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。数据描述文件中各记录详细说明：1）DSET：要说明的数据文件2）TITLE：题目，简要说明数据文件的意义3）DTYPE：数据类型，可以是格点（缺省）或站点4）FORMAT：格式，少用，可以在options项指出5）UNDEF：定义缺测值，GrADS不处理6）OPTIONS7）XDEF：X方向维数说明8）YDEF：Y方向维数说明9）ZDEF：Z方向维数说明10）TDEF：T方向（时间）维数说明11）VARS；ENDVARS：变量说明其中必需项包括：1、2、5、7、8、9、10、11X,Y方向的维数说明方向:自西向东,自南向北单位:度（纬度/经度）正负值:以东为正/以北为正xdef80

linear

0.0

1.0x(lon)方向维数定义；共有80个格点；坐标值线性增加；起始坐标值；坐标间隔可用levels关键字替换Y:gausT62、gausR15、gausR20、gausR40Z方向的维数说明zdef10

levels

1000850700500400300250200150100z方向维数定义；共10层；列举法；给出坐标值；可用linear关键字替换方向:自下而上单位:hPa/其他T方向（时间）的维数说明tdef4

linear

00:00z10apr1991

12hrt方向维数定义；共4个时次；只有linear关键字，线性增加；起始时间必须按照上述格式写：年份用4位数写，10日00:00时（按情况可省略），1991年4月（不可省略）；时间步长：3mn分钟;6hr小时;1dy天;1mo月;1yr年变量说明slp0

99

SeaLevelPressure(hPa)变量名为slp；地面变量；对变量的说明：海平面气压，单位为hPatemp10

99

Temperature(degC)变量名为temp；高空变量，共10层，与“zdef10levels1000850700500400300250200150100”对应；对变量的说明：高空温度，单位为Ctd6

99

Dew-pointtemperature(degC)options是可选的关键字,其选项有：yrev自北向南的数据zrev自高层到低层的数据sequential顺序存贮的数据365_day_calendar任何年份均是365天template多个文件byteswapped文件存储的字节次序与本机相反big_endian在SUN,SGI等机器上生成的数据little_endian在PC,DEC等机器上生成的数据cray_32bit_ieee在Cray机上生成的数据（三）最简单的绘图步骤Step1:运行GrADS软件Step2:打开一个数据描述文件ga>openexample.ctlStep3:显示一个变量ga>displaytemp或ga>dtemp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！！！如果y方向是从北纬向南纬的方向储存的，在ctl文件中，使用optionsyrev进行说明即可；如果z方向是从高空向地面的方向存放的，在ctl文件中，使用optionszrev进行说明即可；ydef和zdef的写法，还是按照从南纬到北纬，从低层到高层的方向不变！特别说明：用一个.ctl文件描述多个数据文件options选项为template时，可用一个.ctl文件描述多个数据文件。例: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，文件名如下：tmp.20010101.dattmp.20010102.dattmp.20010103.dattmp.20010131.dat用一个.ctl文件描述多个数据文件则ctl文件的一个例子为：dsettmp.200101%d2.datoptionstemplate……tdef31linear01Jan20011dy……文件名中时间格式说明符%x11位数字表示的年代(如:1910,1920,1930)%x33位数字表示的年代(如:1980,1990,2000)%y22位数字表示的年%y44位数字表示的年%m11位或2位数字表示的月(如:1,2,…,11,12)%m2位数字表示的月(如:01,03,…,12)%mc3位字符表示的月(如:Jan,Feb,Mar,…)文件名中时间格式说明符(二)%d11位或2位数字表示的日(如:1,2,…,31)%d22位数字表示的日(如:01,02,10,31)%h11位或2位数字表示的小时(如:1z,2z,…,12z)%h22位数字表示的小时(如:01,02,10,24)%h33位数字表示的小时(如:120,012)%f22位或3位数字表示的预报时效(如:12,24,48,72,120)%f33位数字表示的预报时效(如:012,024,072,120)%n22位数字表示的分钟(如:01,35,60)常用气象资料大尺度资料采用再分析数据，主要有：NCAR/NCEP再分析资料；ECMWF再分析资料。高空资料为均匀分布的经纬度网格点，水平分辨率为2.5*2.5C，全球共144*73格点；地表资料则有2种，一种和高空资料相同，另一种为Gauss格点，经度是等间距的，分辨率为1.875C，纬度是不等间距的。如下的ctl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：dsetexample.dattitleupperleveldataxdef144linear02.5ydef73linear-902.5zdef12levels1000925850700600500400300250200150100tdef480linearjan19581movars5hgt1299geopotentialheightuwnd1299u-windvwnd1299v-windomega1299verti