從NCL轉向python繪圖后，最迷茫的一點恐怕就是地理繪圖了，網絡上流傳了大量的python繪圖教程，但是很少是關于地理方面的，包括各類投影坐標系，地理地形，界線shp的繪制等等。這篇文章以Cartopy為主，介紹如何通過Matplotlib結合Cartopy來靈活的繪制帶有地圖投影的圖像。

本部分需要使用Cartopy庫，通過：

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3conda install -c conda-forge cartopy

#or

pip install cartopy

安裝。

一、Cartopy投影坐標系

在繪圖前首先要選擇適合的投影方式，目前cartopy提供了超過三十種的投影方式，其中也包含我們所熟悉的極地投影，墨卡托投影，蘭伯特投影等等。下面，將介紹幾種常用的投影方式的設置及使用。

1、 PlateCarree (無坐標轉換)

PlateCarree是一種基礎的投影方式，其計算方法是將經緯度網格設置成等距網格，實際上數據并沒有進行坐標轉換。

1cartopy.crs.PlateCarree(central_longitude=0.0)

參數： central_longitude ： GeoAxes中心的經度,默認為0°

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9import matplotlib.pyplot as plt

import cartopy.crs as ccrs

import cartopy.feature as cfeature

fig = plt.figure(figsize=[10, 5])

ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1, projection=ccrs.PlateCarree())

ax2 = fig.add_subplot(1, 2, 2, projection=ccrs.PlateCarree(central_longitude = 120))

ax1.add_feature(cfeature.COASTLINE.with_scale('50m'))

ax2.add_feature(cfeature.COASTLINE.with_scale('50m'))

plt.show()

2、圓錐蘭伯特投影 LambertConformal

LambertConformal(正形蘭伯特投影)，也就是常說的正軸圓錐投影。

1cartopy.crs.LambertConformal(central_longitude=-96.0, central_latitude=39.0, false_easting=0.0, false_northing=0.0, secant_latitudes=None, standard_parallels=None, cutoff=-30)

參數： central_longitude ： GeoAxes中心的經度,默認為96°W

central_latitude ：GeoAxes中心的緯度，默認為39°N

false_easting ： 東偽偏移，默認為0m

false_northing ：北偽偏移，默認為0m

standard_parallels ： 標準平行緯度，默認為(33,45)

cutoff ： 截止緯度，即最南邊界緯度，默認為30°S

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9import matplotlib.pyplot as plt

import cartopy.crs as ccrs

import cartopy.feature as cfeature

fig = plt.figure(figsize=[10, 5])

ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1, projection=ccrs.LambertConformal())

ax2 = fig.add_subplot(1, 2, 2, projection=ccrs.LambertConformal(cutoff=0))

ax1.add_feature(cfeature.COASTLINE.with_scale('50m'))

ax2.add_feature(cfeature.COASTLINE.with_scale('50m'))

plt.show()

3、墨卡托投影 Mercator1cartopy.crs.Mercator(central_longitude=0.0, min_latitude=-80.0, max_latitude=84.0, latitude_true_scale=None, false_easting=0.0, false_northing=0.0)

參數：

central_longitude ： GeoAxes中心的經度,默認為0°

min_latitude ：GeoAxes最南緯度，默認為80°S

max_latitude ：GeoAxes最北緯度，默認為84°N

latitude_true_scale ：比例尺為1的緯度，默認為赤道

false_easting ： 東偽偏移，默認為0m

false_northing ：北偽偏移，默認為0m

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7import matplotlib.pyplot as plt

import cartopy.crs as ccrs

import cartopy.feature as cfeature

fig = plt.figure(figsize=[10, 5])

ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1, projection=ccrs.Mercator())

ax1.add_feature(cfeature.COASTLINE.with_scale('50m'))

plt.show()

4、極地投影

NorthPolarStereo(北半球極射赤面投影)和SouthPolarStereo(南半球極射赤面投影)

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2cartopy.crs.NorthPolarStereo(central_longitude=0.0, true_scale_latitude=None)

cartopy.crs.SouthPolarStereo(central_longitude=0.0, true_scale_latitude=None)

參數：

central_longitude ： GeoAxes中心的經度,默認為0°

true_scale_latitude ：比例尺為1的緯度。

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11import matplotlib.pyplot as plt

import cartopy.crs as ccrs

import cartopy.feature as cfeature

fig = plt.figure(figsize=[10, 5])

ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1, projection=ccrs.NorthPolarStereo())

ax2 = fig.add_subplot(1, 2, 2, projection=ccrs.SouthPolarStereo())

ax1.gridlines()

ax2.gridlines()

ax1.add_feature(cfeature.COASTLINE.with_scale('50m'))

ax2.add_feature(cfeature.COASTLINE.with_scale('50m'))

plt.show()

二、GeoAxes繪制

上篇文章講到Axes的構成，GeoAxes簡單講就是在Axes的基礎上添加了地理要素(地圖投影)。那么繪制GeoAxes有哪些不同呢？

我們以一個500hPa高度場的繪制為例。應大家要求，這次我裁剪了數據，控制了數據的大小，以方便大家下載。

神秘代碼：k1qd

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33import cartopy.crs as ccrs

import cartopy.feature as cfeature

import matplotlib.pyplot as plt

import cartopy.mpl.ticker as cticker

import xarray as xr

###數據讀取###

f = xr.open_dataset('./data/1980060106.nc')

z = f['z'].loc[:,500,:,:][0,:,:]/98

lat = z['latitude']

lon = z['longitude']

###建立Figure###

fig = plt.figure(figsize=(12,8))

###指定投影為中心經度為90°的PlateCarree###

ax = fig.add_subplot(1,1,1,projection = ccrs.PlateCarree(central_longitude=90))

###設置GeoAxes范圍###

ax.set_extent([0,180,0,90], crs=ccrs.PlateCarree())

###添加海岸線###

ax.add_feature(cfeature.COASTLINE.with_scale('50m'))

###設置坐標及刻度###

ax.set_xticks(np.arange(0,180+30,30), crs=ccrs.PlateCarree())

ax.set_yticks(np.arange(0,90+30,30), crs=ccrs.PlateCarree())

lon_formatter = cticker.LongitudeFormatter()

lat_formatter = cticker.LatitudeFormatter()

ax.xaxis.set_major_formatter(lon_formatter)

ax.yaxis.set_major_formatter(lat_formatter)

###圖題###

ax.set_title('500hPa Z',loc='center',fontsize=18)

ax.set_title('unit: dagpm',loc='right',fontsize=18)

###繪制等高線，指定坐標轉換方式###

c = ax.contour(lon,lat, z, zorder=0,transform=ccrs.PlateCarree())

###添加等高線標簽###

ax.clabel(c, fontsize=9, inline=1,fmt='%d')

plt.show()

這里對腳本中一些函數進行額外解釋：

在進行建立Axes時，要指明目標投影，使之成為GeoAxes

設置GeoAxes范圍時，輸入范圍的左右下上邊界經緯度

繪制等高線，指定坐標轉換方式，此示例是以最為常用的PlateCarree形式展示

大家可以使用上邊介紹的其它投影格式進行替換，繪圖時必須要弄清楚什么地方應該設置為數據的投影方式，什么地方設置為目標的投影方式。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的python用cartopy包画地图_利用Cartopy绘制带有地图投影的图形的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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