backtracker

贡献者:

何星辰

最近更新日期:

2025-10-17

官方文档:

backtracker

简介:

生成前向和后向流线和热点轨迹

backtracker 从 infiles （或标准输入）中读取 ( longitude, latitude, age ) 三列数据， 并使用指定的旋转参数计算旋转后的 ( x, y, t ) 坐标。 它可以执行两种操作： （1）计算最终位置[默认]， （2）或在初始位置与最终位置之间生成一个采样轨迹（流线或热点轨迹）[Wessel, 1999]。

在第一种模式下，输入数据前三列必须为 (longitude, latitude, age)，后续可包含其他字段。 参见选项 -: 了解如何读取 (latitude, longitude, age) 格式的文件。

语法

gmt backtracker [ table ] |-E|rot_file|ID1-ID2|lon/lat/angle[+i] [ |-A|[young/old] ] [ |-D|f|b ] [ |-F|driftfile ] [ |-L|f|bF|B[step] ] [ |-M|[factor] ] [ |-N|upper_age ] [ |-Q|fixed_age ] [ |-S|filestem ] [ |-T|zero_age ] [ |SYN_OPT-V| ] [ |-W|[a|t] ] [ |SYN_OPT-b| ] [ |SYN_OPT-d| ] [ |SYN_OPT-e| ] [ |SYN_OPT-f| ] [ |SYN_OPT-h| ] [ |SYN_OPT-i| ] [ |SYN_OPT-o| ] [ |SYN_OPT-q| ] [ |SYN_OPT-s| ] [ |SYN_OPT-:| ] [ |SYN_OPT--| ]

注意：选项标志和相关参数之间不允许有任何空格。

必选选项

table

一个或多个ASCII或二进制表数据。若不提供表数据，则会从标准输入中读取。

-Erot_file|ID1-ID2|lon/lat/angle[+i]

可通过以下三种方式之一指定旋转参数：

  • 提供一个包含旋转参数的文件。该文件必须为每个旋转包含一条记录， 每条记录的格式如下：

    lon lat tstart [tstop] angle [ khat a b c d e f g df ]

    其中 tstart 和 tstop 以百万年（Myr）为单位，lon lat angle 均以度为单位。 tstart 和 tstop 分别为阶段的起始与结束年龄。 若记录中未提供 tstop，则表示为一次总重建旋转，此时 tstop 默认设为 0， 且文件中其他记录也不应指定 tstop。 若旋转的协方差矩阵 C 可用，则必须按照括号中列出的九个可选项提供： 此处 C = (g/khat)*[ a b d; b c e; d e f ]， 即 C 由三个行向量组成。 若拟合旋转的自由度 (df) 为 0 或未给出，则默认设置为 10000。 文件中空行以及以 # 开头的记录将被忽略。

  • 提供由两个板块 ID 组成的文件名（以连字符连接，例如 PAC-MBL）， 程序将从 GPlates 旋转数据库中提取相应的旋转参数。 若未找到对应旋转，将返回错误。

  • 直接指定 lon/lat/angle，即旋转极的经度、纬度与旋转角度（均以度为单位）， 用于单一的总重建旋转。

    无论采用哪种方式，都可以在参数后附加 +i， 表示希望对旋转进行反转（invert rotation）。

可选选项

-A[young/old]

与 -Lb|f 联用，用于限制输出轨迹的预测年龄区间， 仅输出年龄介于 young 和 old 之间的部分。 如果使用 -LB|F，则限制条件适用于阶段编号（id 1 表示最年轻阶段）。 若未指定区间，则期望输入文件的第 4、5 列分别提供各记录的年龄上下限。

-Df|b

设置时间方向：-Df 表示时间向后（从年轻到年老位置）， -Db 表示时间向前（从年老到年轻位置）[默认]。 注意：对于 -Db，输入位置的年龄即为该点的实际年龄； 而对于 -Df，输入的年龄对应的是重建点的时间。

-Fdriftfile

提供一个包含 (lon, lat, age) 记录的文件，描述当前热点随时间的运动历史。 反演时程序将根据输入的第 3 列（即年龄）插值热点在该时间的位置， 并据此调整输入点或路径的位置变化[默认无漂移]。 注意： (1) 使用 |-F| 时，|-L| 的 step 单位为时间（百万年）； (2) 漂移仅在回溯点（-Db）或预测海山链（-Df -Lb）时考虑； (3) 不能与 |-M| 同时使用。

-Lf|b|F|B[step]

指定在初始与最终位置之间生成采样路径： -Lf 绘制粒子流线，-Lb 绘制回溯（热点轨迹）。 追加采样间隔（单位：km）。 若 step < 0 或未指定，则仅返回旋转时间。 当使用 -LF 或 -LB 时， 输出的第 3 列为阶段编号（1 为最年轻阶段）[默认输出沿轨迹预测年龄]。 可通过 |-D| 控制路径方向。

-M[factor]

将输出的张开角按 factor 缩放[默认 0.5]。 通常用于获取计算流线所需的半扩张速率。

-Nupper_age

设置向过去扩展最老阶段旋转的最大时间上限[默认不扩展]。

-Qfixed_age

为所有位置指定固定年龄。仅需输入 (lon, lat) 两列[默认期望三列（longitude, latitude, age）]。 适用于输入为等时线点的情况。

-Sfilestem

当启用 |-L| 时，轨迹默认以多段文件形式写入标准输出。 通过指定 filestem，可令每条轨迹分别写入 filestem.# 文件，其中 # 为轨迹编号， 该编号同时写入输出的第 4 列。

-Tzero_age

设置当前时间[默认 0 Ma]。

-V[level] (more …)

设置 verbose 等级 [w]

-W[a|t]

旋转给定的输入点 (lon, lat, time)，并计算投影点的置信椭圆。 输入点的时间必须与某个总重建旋转的时间完全匹配，否则该点将被跳过。 可追加 t 或 a，分别表示在输出中追加时间或角度。 在这 2–3 个基本输出后， 程序将输出方位角、长轴、短轴（单位：km），表示 95% 置信椭圆。 参见 |-D| 了解旋转方向的控制。

-bi[ncols][type][w][+l|b] (more …)

设置二进制输入数据的格式

-bo[ncols][type][w][+l|b] (more …)

设置二进制输出的数据格式

-d[i|o]nodata (more …)

将输入数据中等于 nodata 的记录替换为 NaN，或将输出数据中值为 NaN 的记录替换为 nodata

-e[~]“pattern” | -e[~]/regexp/[i] (more …)

筛选或剔除匹配指定模式的数据记录

-f[i|o]colinfo (more …)

指定输入或输出列的数据类型

-h[i|o][n][+c][+d][+msegheader][+rremark][+ttitle] (more …)

跳过或生成指定数目的头段记录

-icols[+l][+sscale][+ooffset][,…][,t[word]] (more …)

设置输入数据列及简单变换（0表示第一列，t 表示文本列）

-ocols[,…][,t[word]] (more …)

设置输出数据列（0表示第一列，t 表示文本列）

-q[i|o][~]rows[+ccol][+a|f|s] (more …)

筛选输入或输出的行或数据范围

-s[cols][+a|+r] (more …)

设置 NaN 记录的处理方式

-:[i|o] (more …)

交换输入或输出中的第一和第二列

-^ 或 -

显示简短的帮助信息，包括模块简介和基本语法信息（Windows下只能使用 -）

-+ 或 +

显示帮助信息，包括模块简介、基本语法以及模块特有选项的说明

-? 或无参数

显示完整的帮助信息，包括模块简介、基本语法以及所有选项的说明

--PAR=value

临时修改GMT参数的值，可重复多次使用。参数列表见 配置参数

大地坐标与地心坐标

所有球面旋转均作用于地心坐标。 这意味着输入的数据点和网格被视为采用大地坐标表示， 在进行旋转之前，必须先将其转换为地心坐标。 旋转操作完成后，最终重建得到的点将再转换回大地坐标。 如果将椭球设置参数 PROJ_ELLIPSOID 更改为 Sphere， 则可跳过此默认的转换过程。

示例

要使用 DC85.txt 中的欧拉极点，将文件 seamounts.txt 中的 (x, y, t) 点回溯到其起源点（假定为热点），运行:

gmt backtracker seamounts.txt -Db -EDC85.txt > newpos.txt

要从多个包含三列双精度二进制文件的 (x, y, t) 点向前预测流线，运行:

gmt backtracker points.* -Df -EDC85.txt -Lf25 -bo -bi3 > lines.b

该文件可通过 plot 绘制。 若要根据热点运动历史文件 (HIdrift.txt) 和板块总重建旋转集 (PAC_APM.txt)， 计算 0–80 Ma 每 1 Ma 的夏威夷热点轨迹，可运行:

echo 204 19 80 | gmt backtracker -Df -EPAC_APM.txt -Lb1 > path.txt

要使用 Doubrovine et al. [2012] 的太平洋绝对板块与地幔柱运动模型预测夏威夷-皇帝海山链，运行:

echo -155.2872 19.3972 80 | gmt backtracker -Df -Lb1 -ED2012.txt -FD2012_HI_drift.txt > traildrift.txt

若要预测在无地幔柱漂移的情况下，由太平洋绝对板块运动模型 Doubrovine et al. [2012] 所产生的夏威夷-皇帝海山链，运行:

echo -155.2872 19.3972 80 | gmt backtracker -Df -Lb1 -ED2012.txt > trail.txt

备注

GMT 自带 EarthByte 旋转模型文件 Global_EarthByte_230-0Ma_GK07_AREPS.rot。 若需使用其他旋转文件，请创建名为 GPLATES_ROTATIONS 的环境变量，并将其指向所需的旋转文件。

相关模块

gmtpmodeler, grdpmodeler, grdrotater, grdspotter, hotspotter, mapproject, originater, project, plot

参考文献

Wessel, P., 1999, “Hotspotting” tools released, EOS Trans. AGU, 80 (29), p. 319.

Doubrovine, P. V., B. Steinberger, and T. H. Torsvik, 2012, Absolute plate motions in a reference frame defined by moving hot spots in the Pacific, Atlantic, and Indian oceans, J. Geophys. Res., 117(B09101), https://doi.org/10.1029/2011jb009072.