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 coastbasemap 模块绘制不同类型的底图,并了解GMT中 -J-R-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-01.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-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(12cc 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-11.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。 -Rgg 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”+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+bZ+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