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NCL气象分析:绘制多年降水平均值EOF前两模态图

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5星 · 超过95%的资源 | 3KB | 更新于2024-11-30 | 16 浏览量 | 1 下载量 举报 收藏
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本压缩包中的主要文件名为'obs_PRAVG_eof.ncl',表明该脚本主要功能是计算气象资料多年降水量的Empirical Orthogonal Function(经验正交函数,简称EOF)前两个模态并绘制相关的图形。 在气象领域中,EOF分析是一种常用的统计技术,用于识别和解释气象变量(如降水、温度等)的时间序列中的主要空间模式。EOF可以简化复杂数据集,将它们分解为一系列正交的空间模式(即模态)和与之相关的时间系数。每个模态代表数据中的一个独立的、主要的方差来源。 在本案例中,'ncl求第二模态'特指使用NCL编程语言进行EOF分析,并提取降水数据的第二个模态。通常,第二个模态代表数据中方差第二大的空间模式,它能够揭示影响天气和气候的次重要因素。计算EOF的步骤通常包括数据的预处理、中心化、协方差矩阵的构建、特征值和特征向量的计算以及空间模式和时间系数的提取。 '降水'作为分析对象,意味着我们的数据集包含有关降水量的信息。降水量是研究气候变化、天气模式和极端天气事件的关键变量。通过EOF分析,研究者可以更好地理解降水的空间分布特征以及随时间变化的模式,这对于气候预测、水资源管理和灾害评估等实际应用至关重要。 在实际应用NCL进行EOF分析时,首先需要安装NCL,并准备好气象数据集。数据集通常以NetCDF(Network Common Data Form)格式存储,NetCDF是一种为科学数据而设计的自描述性、平台无关的数据格式。然后,编写NCL脚本,导入必要的库,加载数据集,执行EOF分析,并使用NCL内置的绘图功能将结果可视化。 为了便于理解,我们假设NCL脚本'obs_PRAVG_eof.ncl'中包含了如下步骤: 1. 导入NCL提供的相关模块和函数。 2. 定义变量,加载NetCDF格式的降水数据集。 3. 对数据进行预处理,如去除缺失值、中心化(使数据均值为0)等。 4. 计算降水量的协方差矩阵。 5. 应用EOF分解算法来找到主要的特征值和特征向量。 6. 提取前两个模态,并分析它们对应的特征向量和时间系数。 7. 使用NCL绘图功能展示第二模态的空间分布和时间序列。 8. 输出图形和分析结果,以图形文件或其他形式保存。 以上过程的每一步都涉及复杂的数学和统计知识,需要一定的气象学和计算机科学背景知识。使用NCL进行EOF分析可以极大地简化这些分析流程,并使得科研人员能够更快地探索和可视化数据中的模式。"

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``` def get_obs(self, F_i): """Extracts the observations from a complete vector of model output, and returns them as a vector.""" temp_obs, pres_obs, enth_obs = self.get_obs_states(F_i) obs = np.concatenate((temp_obs.flatten(), pres_obs.flatten(), enth_obs.flatten())) return obs def split_obs(self, G_i): """Splits a set of observations into temperatures, pressures and enthalpies.""" temp_obs = self.reshape_to_wells(G_i[self.inds_obs_temp]) pres_obs = self.reshape_to_wells(G_i[self.inds_obs_pres]) enth_obs = self.reshape_to_wells(G_i[self.inds_obs_enth]) return temp_obs, pres_obs, enth_obs @abstractmethod def downhole_temps(self): raise NotImplementedError() class DataHandler2D(DataHandler): def get_full_temperatures(self, F_i): temp = F_i[self.inds_full_temp] temp = np.reshape(temp, (self.mesh.nz, self.mesh.nx)) return temp def get_obs_temperatures(self, temp_full): """Extracts the temperatures at each observation point from a full set of temperatures.""" temp_full = np.reshape(temp_full, (self.mesh.nz, self.mesh.nx)) mesh_coords = (self.mesh.xs, self.mesh.zs) interpolator = RegularGridInterpolator(mesh_coords, temp_full.T) temp_obs = interpolator(self.temp_obs_cs) return self.reshape_to_wells(temp_obs) def downhole_temps(self, temps, well_depth=-1300): """Generates the downhole temperatures for a given well.""" mesh_coords = (self.mesh.xs, self.mesh.zs) interpolator = RegularGridInterpolator(mesh_coords, temps.T) zs = self.mesh.zs[self.mesh.zs >= well_depth] if abs(zs[-1] - well_depth) > 1e-8: zs = np.append(zs, well_depth) downhole_coords = np.array([[w.x, z] for z in zs for w in self.wells]) temp_well = interpolator(downhole_coords) return zs, self.reshape_to_wells(temp_well) class DataHandler3D(DataHandler): def get_full_temperatures(self, F_i): temp = F_i[self.inds_full_temp] return temp def get_obs_temperatures(self, temp_full): """Extracts the temperatures at each observation point from a full set of temperatures.""" interp = LinearNDInterpolator(self.mesh.tri, temp_full) temp_obs = interp(self.temp_obs_cs) return self.reshape_to_wells(temp_obs) def downhole_temps(self, temp_full, well_num): """Returns interpolated temperatures down a single well.""" well = self.wells[well_num] elevs = [l.centre for l in self.mesh.m.layer if well.min_elev <= l.centre <= well.max_elev] if well.min_elev not in elevs: elevs.append(well.min_elev) coords = np.array([[well.x, well.y, e] for e in elevs]) interp = LinearNDInterpolator(self.mesh.tri, temp_full) downhole_temps = interp(coords) return elevs, downhole_temps```在代码中进行解释,也就是在每一行后面加一个#解释

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