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行政區範圍等值圖

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背景

前言

  • 以行政區為等值圖範圍的數據圖稱之為choropleth，為模式重要的後處理形式之一。
  • 繪製等值圖的方式不是很多，其中還涉及繪圖品質、互動方式、輸入檔案格式、以及支援資源是否充分等因素，此處以NCL（NCAR Command Language）的網站服務方式(CaaS)，提供解決方案。

應用需求與目標

等值圖的應用包括：

  • 行政區域平均值與標準之比較，來源可能是行政區內的
    • 測站值、或其內插值、
    • 模式模擬結果等，
  • 等值線圖之行政區範圍平均，模式網格解析度太高、或解析度不足時、模擬網格系統定義不同時，轉以行政區為空間代表特性。
    • 模式輸出檔案一般以netCDF格式最為常見。（客戶較少）
    • 表列行政區特性值之空間展示：來源可能是含有行政區代碼、與特性數值之csv檔案（潛在客戶較多）

台灣地區鄉鎮區代碼

  • 舊碼為4碼（縣市代碼2碼01～51、2碼該縣市下之鄉鎮區碼01～）
  • 新碼為8碼（縣市代碼5碼09007~68000、該縣市下之鄉鎮區碼3碼001～）

作業要求包括：

報告品質
重複性高，作業流程需程式化
避免繁雜設定

解決方案比較

目前製作等值圖的軟體並不多，檢討如下：

  • VERDI：品質不高，可接受CAMx/IOAPI 之nc檔案，不能接受csv檔案。可流程化、但不能相容於CaaS。
  • SURFER：高品質。舊版mapviewer 可以製作等值圖，目前surfer必須執行basic程式，每個多邊形元素著色。或能相容於CaaS。
  • NCL：高品質。因為沒有介面軟體，為獨立的執行程式，因此作業流程、設定均為最複雜。然而也是最能相容於CaaS之系統。
    • NCL容許較大的截尾錯誤，8碼的行政區代碼在netCDF檔案系統中偶會讀錯，解決方案
      1. 大數必須先行減少有效位數、且以字元形式，才能正確進行比較。
      • NCL/netCDF內設實數是32bit，因此8碼會有問題(4*8=32)，網友建議宣告成64bit整數
      • 因行政區代碼只用於比較，並沒有其他計算，且事先切分也較符合作業邏輯。
        1. 避免使用netCDF檔案存取TOWNID，改採csv檔案形式。

解決方案規劃

  • 由網頁獲知客戶要處理的檔案路徑名稱
  • 執行cgi_python進行新舊代碼之辨識、對照、執行NCL程式、將結果自動下載到客戶端的Downloads目錄
  • ncl腳本：參考DKRZ的作法[^1]，在shape檔範圍內填入彩虹色階(如下圖)。

NCL程式說明

程式碼下載

IO

  • input.csv
    • 無檔頭、無行號之csv檔案
    • 以逗號區分3欄：分別為縣市、鄉鎮區、數值
    • 由cgi-python整理更名
  • TWN_adm/tas1.nc：界定縣市代碼之經緯度座標
  • shape圖檔(內政部官網提供之shape檔)
    • /var/www/html/taiwan/TWN_adm/TOWN_MOI_1090727.shp：鄉鎮區分界圖
    • /var/www/html/taiwan/TWN_adm/COUNTY_MOI_1090820.shp：縣市分界圖
  • shapefile_3.png：將在cgi-python中予以更名成使用者供「csv檔名」.png

副程式avg_by_town

  • 此副程式會計算個別行政區之濃度平均值。呼叫方式
var_avg1 = avg_by_town(wks, map, var_regrid, shpf3, county_name(k), \
    wtowns1, levels, colors)
  • 引數
    • wks：drawing instance
    • map: plot instance
    • var_regrid: 網格系統
    • shpf3：shape file
    • county_name：需取平均值之鄉鎮區代碼
    • wtowns1：indices of towns
    • levels：濃度等級定義
    • colors：濃度色階
  • 回復值：平均值var_avg1

色階設定

  • 21層
  • 按照最大、最小值的冪次方差異(diffE=abs(log10(abs(var1_mx))-log10(abs(var1_mn))))決定
  • 差異小或等於1：採線性區分
  • 按照濃度大小順位設定間隔，以使各個間距的結果範圍相差不大。

應用

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