【python由站点数据插值到网格数据方法对比】

本文对比了气象海洋中四种插值方法(griddata、krige、RBF和IDW)在处理站点数据时的效果,结果显示IDW插值效果最佳,krige次之,griddata优于RBF。此外,还提及了MetPy库中的inverse_distance_to_grid插值函数的应用及其局限性。

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1、前言

  • 气象海洋中空间数据类型有站点数据、格点数据。
  • 站点数据空间分布不连续,不利于进行时空分析;有时需要将站点数据插值到网格中。
  • 本文基于一个散点数据对比了griddata、IDW、krige、rbf的插值结果。
  • interp2d插值,地理数据中的分辨率转换

2、结果对比

2.1 原始散点站位图

  • 原始散点站位如下:
    在这里插入图片描述

2.2 griddata插值

from scipy.interpolate import griddata
lat = df_filter['Lat']
lon = df_filter['Lon']
VIS_Min = df_filter['VIS_Min']
olon = np.linspace(lon.min(), lon.max(), 40)
olat = np.linspace(lat.min(), lat.max(), 40)
olon, olat = np.meshgrid(olon, olat)
VIS_Min_grd=griddata((lon,lat),VIS_Min,(olon, olat),method='linear')
plt.figure(figsize=(8,6))
plt.pcolormesh(olon, olat, VIS_Min_grd)
plt.scatter(lon, lat, s=50, c=VIS_Min, cmap='viridis',edgecolors='k')
  • 可视化代码
import os
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.colors as mcolors
import matplotlib as mpl

import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.io.shapereader as shpreader
from mpl_toolkits.axes_grid1.inset_locator import inset_axes
from matplotlib.colors import LinearSegmentedColormap

import regionmask
import geopandas as gpd
import warnings

warnings.filterwarnings("ignore")
import matplotlib.ticker as ticker
extents = [115.6, 117.2, 39.7, 40.8]
crs = ccrs.PlateCarree()
fig = plt.figure(figsize=(12, 6))
ax = fig.add_subplot(111, projection=crs)
ax.set_extent(extents, crs)

prov_reader = shpreader.Reader(r'.\bou2_4p.shp')
nineline_reader = shpreader.Reader(r'.\九段线.shp')

ax.add_geometries(prov_reader.geometries(), crs, edgecolor='gray', facecolor='none', lw=1)
ax.add_geometries(nineline_reader.geometries(), crs, edgecolor='gray', facecolor='none', lw=1)

ax.set_xticks(np.arange(extents[0], extents[1] + 0.3, 0.3))
ax.set_yticks(np.arange(extents[2], extents[3] + 0.2, 0.2))
plt.tick_params(axis='bot
### 如何使用 Python 对 CMIP6 数据进行插值站点 #### 使用 `xarray` 和 `scipy` 进行空间插值 对于 CMIP6 数据的空间插值操作,可以利用 `xarray` 来加载和处理 NetCDF 文件,并通过 `scipy.interpolate.griddata` 或其他插值工具完成目标位置的数据映射。 以下是具体实现方式: 1. **读取 CMIP6 数据** 首先需要加载 CMIP6 的网格数据文件。通常这些数据存储为 NetCDF 格式,可以通过 `xarray.open_dataset()` 函数轻松打开[^1]。 2. **定义目标站点坐标** 明确要插值的目标站点经纬度列表。这通常是用户自定义的一组地理坐标集合。 3. **执行插值计算** 利用 `scipy.interpolate.griddata` 将原始网格上的气象要素(如温度、降水等)插值至指定的站点位置。 下面是完整的代码示例: ```python import numpy as np import xarray as xr from scipy.interpolate import griddata # 加载 CMIP6 数据集 (假设变量名为 'tas' 表示表面气温) ds = xr.open_dataset('path_to_cmip6_file.nc') # 替换为实际路径 lons = ds['lon'].values.flatten() # 获取经度数组 lats = ds['lat'].values.flatten() # 获取纬度数组 variable_data = ds['tas'].isel(time=0).values.flatten() # 提取某一时段的变量值 # 定义目标站点的位置 (例如三个站点) target_stations_lons = [70, 80, 90] target_stations_lats = [20, 30, 40] # 执行插值运算 interpolated_values = griddata( points=(lons, lats), # 原始网格点坐标 values=variable_data, # 原始网格点对应的变量值 xi=(target_stations_lons, target_stations_lats), # 目标站点坐标 method='linear', # 可选参数 ['nearest', 'linear', 'cubic'] ) print(f"Interpolated Values at Target Stations: {interpolated_values}") ``` 上述代码实现了从 CMIP6 网格数据中提取特定时间片的变量值,并将其插值到预设的几个站点上[^2]。 --- #### 注意事项 - 如果输入数据存在缺失值,则可能会影响插值效果,在此之前建议对异常值做适当填充或剔除处理。 - 不同插值算法适用于不同场景,“线性”适合平滑变化区域;而“最近邻法”更适合离散型分布特征明显的情况。
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