繪製wrfout地面氣流線

Table of contents

• 背景
• 執行批次
• wrf_gsn_8.ncl修改說明
  • IO
  • 流線圖面密度調整
  • 圖說
  • 色標單位
  • 結果範例
• d4範圍版本
  • 修改項目
  • 程式碼差異
  • 執行批次2
  • 臺灣範圍結果
• 程式下載
  • wrf_gsn_8.ncl
  • streamlineTW.ncl

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背景

• 快速繪製地面氣流線，除了可以使用meteoinfo之外，似乎沒有好的方式。
  • 新版VERDI不再有vector的功能。
  • meteoinfo似乎不能直接開wrfout，還是需要ncks將數據取出
  • 如果解析度不是很高，也許可以轉成json檔，用eth套件去開啟，也是一個不錯的方式。
  • 如果wrf-python有流線的套件就好了，可惜事與願違。
• NCL的介紹與文件檔案連結，可以到NCL Programs 去找。

執行批次

• 繪製流線圖至少需要wrfout的經緯度、時間標籤、以及U10/V10等變數。
• 環境變數NCAR_ROOT設定在執行檔前面，這是for crontab的執行方式，一般命令列也是可行執行。
• 下面範例會畫出2022-08-10～17日每天00Z的流線圖

for d in {0..7};do 
nc=wrfout_d01_2022-08-1${d}_00:00:00
  for i in 0;do 
    rm wrfout
    ncks -O -v Times,XLAT,XLONG,U10,V10,PBLH -d Time,$i $nc wrfout
    NCAR_ROOT=/opt/anaconda3/envs/ncl_stable /opt/anaconda3/envs/ncl_stable/bin/ncl ~/NCL_scripts/streamline/wrf_gsn_8.ncl
    mv wrf_gsn.png wrf_gsn${d}_$i.png
  done
done

wrf_gsn_8.ncl修改說明

• 原始的程式可以參考NCL官網wrfgsn

IO

• input file name: wrfout，只會讀取U10及V10與時間標籤。
• output png filename: wrf_gsn.png

流線圖面密度調整

• NCL函數沒有提供調整密度的選項，必須自行篩選要進入繪圖程式的數據
• dimsizes():輸出矩陣的維度
• div=8:每8格取樣。將結果存到u10/v10/lon/lat矩陣，適用原本的繪圖程式。

  dom_dims = dimsizes(uu10)
  dom_rank = dimsizes(dom_dims)
  nx = dom_dims(dom_rank - 1) - 1
  ny = dom_dims(dom_rank - 2) - 1
  div= 8 ; more is sparse, less is condense
  i=nx/div
  j=ny/div
  nx2=toint(i)
  ny2=toint(j)
  u10 =new((/ny2,nx2/), "float")
  v10 =new((/ny2,nx2/), "float")
  lat =new((/ny2,nx2/), "float")
  lon =new((/ny2,nx2/), "float")
  do i=0,nx2-1
  do j=0,ny2-1
    u10(j,i)=uu10(j*div,i*div)
    v10(j,i)=vv10(j*div,i*div)
    lat(j,i)=lat1(j*div,i*div)
    lon(j,i)=lon1(j*div,i*div)
  end do
  end do

圖說

• 讀取wrfout的時間標籤作為圖說tiMainString

  Times = wrf_user_getvar(a,"Times",it)
...
  res@tiMainString       = tostring(Times)

色標單位

• 色標距離主題（pmLabelBarOrthogonalPosF）太靠近，放不進單位之文字
• 文字與字型大小（lbTitleString / lbTitleFontHeightF）

...
  res@lbTitleString    = "unit: knots"
  res@lbTitleFontHeightF= .01
  res@pmLabelBarOrthogonalPosF = .10

結果範例

CWBWRF_3k範圍地面氣流線

d4範圍版本

修改項目

• 台灣範圍因為面積較小，流線必須密一點，div取2。
• 海岸線的解析度也必須高一些，取HighRes
  • 須至Leibniz Institute for Baltic Sea Research Warnemünde下載rags及gshhs壓縮檔，並放在正確的目錄下。

mkdir -p $NCARG_ROOT/lib/ncarg/database/rangs
cd $NCARG_ROOT/lib/ncarg/database/rangs
for i in {0..4};do wget https://www.io-warnemuende.de/tl_files/staff/rfeistel/download/rangs\(${i}\).zip;done
for i in {0..4};do wget https://www.io-warnemuende.de/tl_files/staff/rfeistel/download/gshhs\(${i}\).zip;done
for i in $(ls *zip);do unzip $i;done

• 光靠海岸線，台灣地區內部參考還蠻少的，需加入縣市界shape檔
  • 先暫緩plot的匯出，等待疊圖
  • 台灣內部高風速的機會較少，為使底圖具有較高的辨識效果，將shape檔的線條設成紅色
  • 呼叫gsn_add_shapefile_polylines貼上shape檔
  • 參考shapefiles_3.ncl與等值圖加上色點。

程式碼差異

$ diff wrf_gsn_8.ncl streamlineTW.ncl
52c52
<   div= 8 ; more is sparse, less is condense
---
>   div= 2 ; more is sparse, less is condense
99c99
<   res@mpDataBaseVersion  = "MediumRes"    ; better map outlines
---
>   res@mpDataBaseVersion  = "HighRes"    ; better map outlines
141a142,143
>   res@gsnDraw             = False          ; don't draw plot yet
>   res@gsnFrame            = False          ; don't advance frame yet
142a145,158
>
>    shapefile_dir  = "/home/kuang/NCL_scripts/shapes/"       ;-- directory containing the shapefiles
>    shp_name2      = "COUNTY_MOI_1090820.shp"                         ;-- shapefile to be used
>    shp_fname2      = shapefile_dir+shp_name2
> ;---Section to add polylines to map.
>   plres             = True           ; resource list for polylines
>   plres@gsLineColor = "red"
>
>    id = gsn_add_shapefile_polylines(wks,plot,shp_fname2,plres)
>    draw(plot)   ; This will draw attached polylines and map
>    frame(wks)   ; Advanced frame.

執行批次2

• 因每日的作業結果中已經有U10V10檔案(逐日檔、for daily_traj)，因此只要將其連結起來，再按所需要的時間間隔一一繪圖。

source ~/conda_ini ncl_stable
ncrcat U10V10_d03_2023-03-* U10.nc
for i in {0..265..6};do 
  ncks -O -d Time,$i UV10.nc wrfout; 
  ncl ~/NCL_scripts/streamlineTW.ncl;
  iii=$(printf "%03d" $i);
  mv wrf_gsn.png stln_$iii.png;
done

臺灣範圍結果

台灣地區範圍地面氣流線。夜間山區有明顯的山風。

程式下載

wrf_gsn_8.ncl

Download: 繪製wrfout地面氣流線(東亞範圍)：wrf_gsn_8.ncl

streamlineTW.ncl

Download: 繪製wrfout地面氣流線(臺灣範圍)：streamlineTW.ncl