作业 1

研-MS6401H-440-M01-物理海洋学

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摘要

1. 编写了从 WOA18 数据集批量下载数据的脚本，可批量下载指定变量（例如，仅变量 V_an）的 Netcdf 子集。提供 Command shell 批处理版本 download_data.bat 和 Powershell script 版本 download_data.ps1。
2. 使用MATLAB语言编写了自动化的绘图程序，可一键绘制、保存所有图片。使用了第三方工具箱m_map。自顶向下、模块化的程序设计思想的实践，提高了代码复用率。
3. 对绘图结果做了定性的初步分析。

程序细节

1. 基于变量生成字段名称
2. 用tiledlayout代替subplot
3. 用exportgraphics输出图片，配合figure的Position名称-值对组参数调节图片大小，以交互方式调节图窗大小
4. 用prctile帮助确定颜色图范围，用caxis统一各子图的颜色图范围

题目 1-1

描述

运用作图软件绘制以下各变量每个月的全球分布图，观察其分布随时间变化。分布图需类似第三章中全球蒸发，感热，潜热的图，包含颜色，等值线（线上标明该线代表的值），陆地与海洋的分界线（大陆边界线）等

1. 短波辐射，数据文件：shortrad.cdf
2. 长波辐射，数据文件：longrad.cdf
3. 净热通量，数据文件：netheat.cdf
4. 降水量，数据文件：precip.cdf
5. 蒸发量减降水量，数据文件：emp.cdf

已知的问题

1. 统一颜色图范围后，受全局最值影响，颜色区分度下降，应如何改善？数据-颜色的映射默认是线性的，是否考虑改变？
2. 要求经纬度坐标一致。否则，考虑先插值到参考坐标？

提交

读图结论

1. 海平面短波月平均入射辐射通量密度（积分辐照度）
   1. 位变特性：固定时间，自太阳直射点所在纬度向两极递减；
   2. 时变特性：固定地点，对正午太阳天顶距单调递减。
2. 海平面长波月平均出射辐射通量密度
   1. 位变特性：固定时间，自太阳直射点所在纬度向两极递增；
   2. 时变特性：固定地点，对正午太阳天顶距单调递增，也就是夏半年出射通量密度小于冬半年。这是为什么？
3. 海平面月平均净热通量（向上为正）
   1. 位变特性：The net heat flux from the ocean is largest in mid-latitudes and offshore of Japan and New England (Robert H Stewart, Introduction to Physical Oceanography, 2009).
   2. 夏至次月代数值最大且为正，冬至次月代数值最小且为负。
4. 海平面月平均降水率
   1. 位变特性：ITCZ附近极大，副热带附近极小
   2. 时变特性：随大气大尺度环流带南北移动
5. 海平面月平均蒸发率减降水率
   1. 位变特性：ITCZ附近极小，且为负；副热带附近极大，且为正
   2. 时变特性：随大气大尺度环流带南北移动

图集

1. 短波辐射
2. 长波辐射
3. 净热通量
4. 降水量
5. 蒸发量减降水量

题目 1-2

描述

下载WOA数据集中的温度，盐度数据（选择Objectively analyzed mean数据下载，如果选择netcdf格式，则变量都在一个文件里，直接下载找到Objectively analyzed mean变量即可），数据精度1°或1/4°，时间选择所有不同年代段（decade periods)的年平均(annual)与季节平均(seasonal)

1. 绘制各年代海表面温度与盐度的年平均与各季节平均图像，注意数值范围要统一（例如冬季温度颜色标尺如果使用-1度到30度范围，那么所有冬季温度都使用同样范围），比较表面温度与盐度空间上与时间上随各年代的变化
2. 绘制各年代的年平均与各季节的大西洋西经25°子午向断面图，太平洋西经170°子午向断面图。断面图需类似第二章温盐断面图，包含颜色，等值线等。注意数值范围统一，并比较断面温度与盐度空间上与时间上随各年代的变化

已知的问题

1. 如何批量下载 WOA18 数据？可能的解决方案：
   1. 查阅 WOA18 文档；
   2. 【当前方案】在 Windows 中，使用 invoke-webrequest -uri <URL> -outfile <FILE>(powershell ) 或 curl <URL> -o <FILE> (cmd)，可写成 cmd 批处理或 shell 脚本。参考视频；
   3. 使用 Python 的有关库。
2. （已解决）增量图是按逐时间平均区间（年、冬、春、夏、秋）作出的，便于观察年代际变率的空间分布，但难以观察年代际变率对时间平均区间的变化。应增加绘制由冬、春、夏、秋四个增量图并列而成的图。
3. 要求经纬网格一致。否则，考虑先插值到参考坐标？（WOA18数据的经纬网格是一致的）
4. 颜色图中，缺省值颜色为白色。考虑改为其他颜色？

提交

读图结论

1. 海表面
   1. 温度
      1. 年代际变率的空间分布：部分地区温度下降；北半球增温较快，北极地区最快；
      2. 年代际变率的时间分布：夏秋增温略大于冬春。
   2. 盐度
      1. 年代际变率的空间分布：变化较小。大西洋西岸、太平洋西岸，变率极大且为正；南海、澳大利亚北岸部分海区，变率极小且为负。
      2. 年代际变率的时间分布：秋冬变化略大于春夏。
2. 大西洋西经25°子午向断面（vertical section）
   1. 温度
      1. 年代际变率的空间分布：混合层以下，温度变率的绝对值较小。混合层中，赤道附近有温度变率极大且为正的区域；40N和40S附近有两个温度变率极小且为负的区域，且40N附近的极小负变率区域范围较40S附近的大；两极有两个变率极大且为正的区域。
      2. 年代际变率的时间分布：秋季变化较快？
   2. 盐度
      1. 年代际变率的空间分布：盐度变率的绝对值较小，混合层以下盐度变率的绝对值甚小。混合层中，赤道附近有盐度变率极大且为正的区域；37N和37S附近有两个盐度变率极小且为负的区域，且37N附近的极小负变率区域范围较37S附近的大；两极有两个变率极大且为正的区域。
      2. 年代际变率的时间分布：冬春变化略大于夏秋；夏季变化相对较大的垂直范围变小，与混合层厚度变化一致（夏季变薄），提示变化主要发生在混合层。
3. 太平洋西经170°子午向断面（vertical section）
   1. 温度
      1. 年代际变率的空间分布：有变冷趋势。混合层以下，温度变率的绝对值较小。混合层中，赤道附近，有温度变率极大的区域，但仅为小的正值；中纬度有变率极小且为负的区域；太平洋北缘有变率极大且为正的区域，北冰洋南缘有变率极小且为负的区域。
      2. 年代际变率的时间分布：秋冬变冷较显著的范围大于春夏的。
   2. 盐度
      1. 年代际变率的空间分布：混合层以下，盐度变率的绝对值较小。混合层中，低纬有变率极小且为负的区域；40N和40S附近有变率极小且为负的区域；50S-80S变率梯度较大，中间极小且为负、两侧极大且为正；白令海峡附近有变率极大且为正的区域。
      2. 年代际变率的时间分布：未见显著区别。

图集

1. 海表面
   1. 温度
      1. 年平均
      2. 冬季平均
      3. 春季平均
      4. 夏季平均
      5. 秋季平均
   2. 盐度
      1. 年平均
      2. 冬季平均
      3. 春季平均
      4. 夏季平均
      5. 秋季平均
2. 大西洋西经25°子午向断面（vertical section）
   1. 温度
      1. 年平均
      2. 冬季平均
      3. 春季平均
      4. 夏季平均
      5. 秋季平均
   2. 盐度
      1. 年平均
      2. 冬季平均
      3. 春季平均
      4. 夏季平均
      5. 秋季平均
3. 太平洋西经170°子午向断面（vertical section）
   1. 温度
      1. 年平均
      2. 冬季平均
      3. 春季平均
      4. 夏季平均
      5. 秋季平均
   2. 盐度
      1. 年平均
      2. 冬季平均
      3. 春季平均
      4. 夏季平均
      5. 秋季平均

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