绘制底图

GMT 可以绘制多种不同类型的底图，包括全球地图、区域地图，以及线性坐标轴、对数轴、指数轴、极坐标轴，甚至 3D 坐标轴。

这一节我们将通过使用 coast 和 basemap 模块绘制不同类型的底图，并了解 GMT 中 -J、-R和 -B 选项的基本用法。

全球地图

要绘制地图，就需要将地球的三维球面投影到一个二维面上，投影的过程需要指定投影方式。GMT 中使用 -J 选项指定地图投影参数以及地图的尺寸。同时，我们还需要使用 -R 选项指定要绘制的区域范围（即经纬度范围）。

下面用最简单的命令绘制了一张全球地图。

gmt begin GlobalMap png,pdf
    gmt coast -JH180/12c -R0/360/-90/90 -W0.5p -A10000
gmt end show
../../_images/basemap-gmtplot-0.png

全球地图（无边框版）

先忽略后面的 -W0.5p -A10000（后面章节会介绍到），这里只关注 -J 和 -R 选项。此示例中：

  1. -JH180/12c 指定地图投影参数，H 表示使用 Hammer 投影，地图中心位于经度 180° 处，地图宽度为 12 厘米（12c，c 表示单位厘米）；

  2. -R0/360/-90/90 指定要绘制的区域范围，即经度 0° 到 360°，纬度 -90° 到 90°，四个数字之间用斜杠 / 分隔。

上面使用了非常简单的 GMT 命令即绘制出了一张全球地图的底图，但其跟我们常见的全球地图比还缺了个底图边框。GMT 中可以使用 -B 选项为地理底图加上边框并绘制经纬线。

gmt begin GlobalMap png,pdf
    gmt coast -JH180/12c -Rg -Bg -W0.5p -A10000
gmt end show
../../_images/basemap-gmtplot-1.png

全球地图（有边框版）

跟上一个脚本相比，此处我们做了两点修改：

  1. 使用 -Rg 代替了 -R0/360/-90/90。这二者是完全等效的。由于绘制全球地图是很常见的需求，因而 GMT 为其设计了一个更简单的写法。 -Rg 中 g 代表 global。

  2. 增加了 -Bg 选项。-B 用于给底图加上边框，其中的 g 则用于向底图中加入网格线（g 代表 grid）。

小技巧

GMT 支持 30 多种不同的地图投影方式，详情见 地图投影 一章。将上面的示例脚本中 -JH180/12c 修改为下面列出的一些值以了解不同投影方式之间的差异：

  • -JA280/30/12c

  • -JI180/12c

  • -JK180/12c

  • -JN180/12c

  • -JR180/12c

区域地图

绘制区域地图与绘制全球地图没有本质区别，我们依然需要使用 -J 指定投影方式，使用 -R 指定绘图区域范围，使用 -B 指定底图边框。

下面的 GMT 命令绘制了一张新西兰地图。

gmt begin NewZealandMap png,pdf
    gmt coast -JM12c -RNZ -Ba -W0.5p -A10000
gmt end show
../../_images/basemap-gmtplot-2.png

使用国家代码指定绘图区域

这里我们使用了：

  • -JM12c 指定了使用墨卡托投影（绘制区域地图最常用的投影方式），地图宽度为 12 厘米；

  • -RNZ 指定了绘图区域范围，此处 NZ 是新西兰的国家代码，GMT 会自动根据国家代码提取该国家的区域范围并用于绘图；

  • -Ba 用于给底图添加边框。对于某些地图投影，GMT 默认使用图中所示的黑白相间的底图边框。a 用于添加标注（annotation，即图中的经纬度数字）。

如果对于根据国家代码自动确定的区域范围不太满意，我们也可以使用 -R 选项最原始的方式来指定区域范围。即依次给定绘图区域的最小经度、最大经度、最小纬度和最大纬度。记起来也很容易，可以记为 xmin/xmax/ymin/ymax，或者直接记 “西东南北”。

通过上面的图，我们大概知道了新西兰的经纬度范围。我们可以直接使用 -R165/180/-48/-32 指定绘图区域。

gmt begin NewZealandMap png,pdf
    gmt coast -JM12c -R165/180/-48/-32 -Bafg -W0.5p -A10000
gmt end show
../../_images/basemap-gmtplot-3.png

使用经纬度范围指定绘图区域

上面的例子中我们还调整了 -B 选项，-Bafg 表示绘制底图边框的标注（annotation）、刻度线（frame，即图中黑白线段的间隔）和网格线（grid）。标注、刻度线以及网格线的间隔由 GMT 算法自动决定。

对 GMT 自动算法确定的间隔不满意？你还可以任意指定自己想要的间隔。下面例子中，我们对底图进行了进一步的自定义，为 X 轴和 Y 轴分别指定了间隔，并给底图添加了标题：

  • -Bxa4g2 表示设置 X 轴（x）的标注间隔为 4 度、网格线间隔为 2 度（a4g2）

  • -Bya3g3 表示设置 X 轴（y）的标注间隔为 3 度、网格间隔为 3 度（a3g3）

  • -BWSen 中 WSEN 分别是西南东北四个方向的英文单词首字母，用于控制四条边的属性。大写的 WS 表示给西边和南边添加标注，而小写的 en 则表示对于东边和北边只绘制边框但不显示标注

  • -BWSen+t”New Zealand” 中 +t 用于给整张图添加标题（title）。由于标题 New Zealand 中含有空格，我们需要使用引号将其括起来

gmt begin NewZealandMap png,pdf
    gmt coast -JM12c -R165/180/-48/-32 -Bxa4g2 -Bya3g3 -BWSen+t"New Zealand" -W0.5p -A10000
gmt end show
../../_images/basemap-gmtplot-4.png

为区域地图添加标题

线性坐标轴

GMT 最擅长绘制地图，同时也适合绘制最简单的线性坐标轴。同样的，要想绘制线性坐标轴，我们依然需要使用 -R 指定坐标轴范围，使用 -B 绘制边框并指定边框和坐标轴属性，同时，我们还需要使用 -JX 指定线性坐标轴的宽度和高度。

下面的示例中，我们使用了：

  • -JX8c/5c 表明线性坐标轴的宽度为 8 厘米，高度为 5 厘米

  • -R10/70/-4/8 表明 X 轴范围为 10 到 70，Y 轴范围为 -4 到 8

  • -Bxa10f5g10+l”X Label” 设置了 X 轴的属性， a10f5g10 分别设置了标注（annotation）间隔为 10，刻度（frame）间隔为 5，网格线（grid ）间隔为 10； +l”X Label” 则为 X 轴添加了标签；对于 Y 轴同理；

gmt begin linearXY png,pdf
    gmt basemap -R10/70/-4/8 -JX8c/5c -Bxa10f5g10+l"X Label" -Bya4f2g2+l"Y Label" -BWSen+t"Linear X-Y Plot"
gmt end show
../../_images/basemap-gmtplot-5.png

线性坐标轴

GMT 同样也可以绘制对数轴、指数轴以及极坐标轴，在这一节中不再介绍。

三维线性坐标轴

三维坐标轴相对于二维坐标轴多了一个 Z 轴。与二维线性坐标轴类似，我们需要针对 Z 轴指定 Z 轴的范围、Z 轴的高度以及三维视角。

下面的命令绘制了一个三维线性坐标轴，相比于传统的二维线性坐标轴，其不同之处在于：

  • -R 选项中有 6 个数字，后面两个数字表示 Z 轴最小值和最大值

  • -JZ5c 指定了 Z 轴的高度为 5 厘米

  • -Bzaf 指定了 Z 轴的标注和刻度属性

  • -BSEwnZ+b 中 Z+b 表示绘制一条 Z 轴，并绘制出整个长方体的所有边

  • -p130/30 指定了看这个长方形的视角。130 和 30 分别为三维视角的方位角和高度角。这个解释起来稍复杂，读者可以自己试试修改这两个参数并查看效果。方位角的取值范围为 0 到 360 度，高度角的取值范围为 0 到 90 度。

gmt begin 3DMap png,pdf
    gmt basemap -R10/70/-4/8/-10/10 -JX8c/5c -JZ5c -Bxa10+lX -Bya4+lY -Bzaf+lDepth -BSEwnZ+b+t"3D Plot" -p130/30
gmt end show
../../_images/basemap-gmtplot-6.png

三维线性坐标轴