風花圖之繪製_wdrose.py
Table of contents
背景
目標
- 熟悉python的語法，從範例中找到如何應用的連結方式。
- 建立ISCST氣象檔的風花圖繪圖程式，以做為檢核之用。
資源
- 程式位置 /Users/cybee/bin/wrose.py 執行方式(範例)：
- ISC 氣象檔：wrose.py FNAME
- aermod 氣象檔：wrose_mm.py FNAME
- csv自由格式檔案：wrose_csv.py FNAME
- 風花圖套件(goto pypi)
- 計算服務網站：繪製煙流模式氣象檔案之風花圖
- 有關pandas的快速入門
- 有關python的入門課程
範例程式
from windrose import WindroseAxes
import numpy as np
# Create wind speed and direction variables
ws = np.random.random(500) * 6
wd = np.random.random(500) * 360
ax = WindroseAxes.from_ax()
ax.bar(wd, ws, normed=True, opening=0.8, edgecolor='white')
ax.set_legend()
ax.figure.savefig(fname+'.png')
1~4行程式碼說明如下：
- import輸入需要的模組(程式庫)。什麼程式需要什麼模組，需由範例得知。模組程式庫如何呼叫，在ipython內以dir(…)詢問。
- ws, wd為隨機產生、長度為500的陣列，6、360為其最大值 5~8為繪圖程式之應用
- ax.bar產生wd及ws之際座標條狀圖
- ax.set_legend產生風速的表示圖例
- figure.savefig儲存檔案
應用(修改)策略
- ws wd須另行產生，套用真實的數據
ISCST氣象檔之讀取
- 氣象檔為具有格式的文字檔，不能用簡單的split來切割欄位，必須按照欄位數精確定位。
- 可以用mobaXterm的內設編輯軟體(MobaTextEditor)打開如下圖， 第1行為站名、年代名，第2行以後則為逐時數據， 黃色螢光筆部分為風去的方向(度)，與風向差異180度。藍色底線部份則為風速，單位為公尺每秒。
- 將游標移到風向及風速的前面，由MobaTextEditor下方的位置數字可以得知(如下圖)，分別自第9及第18欄位置開始，各為9格的長度。
- 程式寫法如下:
- 使用with來開啟檔案的好處是，不必再做關閉的動作。
- python內設輸入及輸出都是字串，這樣才沒有精度有損失的問題。
- 每行的內容進行切割，再存成一個序列(list)
from pandas import *
import sys
fname=sys.argv[1] #python是從第0開始計算註標，第0個引數是程式本身的名稱，第1個則令為氣象檔的檔名。
with open(fname,'r') as f:
l=[i for i in f]
l=l[1:] #去掉第1行，從第2行開始到最後
wd=[float(i[8:18]) for i in l] #切割出風向。注意python是從第0開始計算註標，最後1個註標不計入。
ws=[float(i[18:28]) for i in l] #切割出風速。並且從字串轉成實數
aermod氣象檔之讀取
wd=[float(i.split()[16]) for i in l]
ws=[float(i.split()[15]) for i in l]
任意自由格式csv檔之氣象檔
- 刪除型態為字元的欄位
- 如果最大值超過360度，不論是什麼，也不會是風速風向數據，刪除
- 剩下欄位來做級值的排序，最大者為風向，其次則為風速
20 if ',' in l[0]:
21 df=read_csv(fname)
22 col=df.columns
23 for c in col:
24 if type(df.loc[0,c])==str:
25 del df[c]
26 else:
27 if max(list(df[c]))>360.:
28 del df[c]
29 smx=mxv=[max(list(df[c])) for c in df.columns]
30 smx.sort()
31 iwd,iws=(mxv.index(smx[i]) for i in [-1,-2])
32 wd,ws=(list(df[df.columns[i]]) for i in [iwd,iws])
計算結果
46744.ASC
台南站2017年數據
46777.ASC
梧棲站2017年數據
46749.ASC
749 台中
討論
- 全年最多風向為北風～東北風，是東北季風的特色，風速較大。
- 台南的風向較為複雜，梧棲較為單純，因前者風速較低，近市區風系複雜。
- 西南季風的特性，台南有西南與東南風，梧棲則為東南風，可能受到陸風的干擾
TODO
- 部分方向的頻率超低，如何確認？
- 分時、分季的特性如何？
Known bug
- 由於windrose模組內的指令大多會呼叫系統的視窗程式，如jupyter在browser上產生畫面，如果ssh登入與主機登入的使用者不同，系統不知如何出現畫面，因而提出警訊。
- 本案採savefig因此即使沒有畫面顯示，依然可以執行。
$ wrose.py b.asc
_RegisterApplication(), FAILED TO establish the default connection to the WindowServer, _CGSDefaultConnection() is NULL.
程式下載
Download: 風花圖製作程式wrose.py