GrADS使用简介

谢逸　乔云亭
1　前言
GrADS(Grid Analysis and Display System)是美国马里兰大学气象系Brian E.Doty 开发的气象数据分析与显示软件。GrADS提供一个全32位交互操作的气象格点数据与站点数据的分析与显示环境,具有强大的气象数据分析能力、 丰富的地图投影坐标,以及彩色动画等功能,因此迅速成为国内外气象数据显示的标准平台之一。近几年,随着PC机的普及、性能的不断提高,GrADS推出了基于PC机的DOS版本, 为需要用到GrADS,却不具备UNIX图形工作站的广大气象工作者带来了方便。
2　软件安装与硬件配置
微机版本的GrADS,运行于386或以上的PC机上,也可以在WIN95或WIN NT的DOS环境下运行。安装GrADS时,将整个目录拷贝到硬盘的某个目录下(例如:C:\GrADS),并根据显示器的分辨率类型,用Set命令在DOS下设置GAVIDEO参数。有以下几种:
Set gavideo=vga VGA,16 color,640*480
Set gavideo=ega EGA,16 color,640*350
Set gavideo=vga256 VGA,16 color,640*480
Set gavideo=svga SVGA,256 color,800*600
Set gavideo=xvga XVGA,256 color,1024*768
如果显示器和图形卡(显示卡)不支持16色以上的VGA模式,不可强行将参数设成VGA,16色或以上,否则会损坏显示器。
完成以后,在系统的Config.sys文件中加入:shell=c:\comand.com/p/e:2048
3　GrADS文件组成
GrADS包括以下几种类型的文件:
(1)二进制无格式的原始气象数据文件(*.dat)
其数据既可以是格点数据,也可以是站点数据。它们是从其它气象数据(如站点气象报、格点气象报、模式格点输出结果)转换生成的,格式是二进制无格式数据。
(2)原始数据描述文件(*.ctl)
该文件是一个文本文件,用于描述上述二进制无格式原始数据文件的基本信息,包括数据集文件名、数据类型、数据结构、变量描述等, 它与二进制无格式原始数据文件构成用户方最基本的数据文件。
(3)GrADS控制文件(*.gs)
该文件也是一个文本文件,类似于FORTRAN或C语言的原程序文件,内含用 GrADS描述语言(Script language)写成的批处理命令和GrADS系统设置。
(4)系统命令文件(*.exe)
这是系统在DOS环境下各种执行文件,包括GrADS执行文件(grads.exe);DOS扩展环境(dos4gw.exe);图元文件转换与显示(gxps.exe、gxpsc.exe、gxpscw. exe、gxtran.exe、gx.exe等)。
(5)GrADS系统图元输出文件
格式由GrADS决定,文件名随用户自定,一般取(*.met), 内容为屏幕显示图形的二进制图元数据,用于产生图形的硬拷贝输出。
(6)Postscript格式文件(*.ps)
内容为文本形式的Postscript语言格式的图形数据,它是图元文件(*.met)经gx.exe、gxsc.exe、gxpscw.exe转换生成的,可用于ps打印机的直接硬拷贝输出,也可被其它应用软件调用。
(7)直接执行批处理文件(*.exc)
内容为GrADS交互环境中所打命令的直接集成, 按记录存放在文本文件中 , 在GrADS环境下用exec命令执行。
4　GrADS基本概念
维数概念是GrADS中一个重要的概念。在GrADS中, 每一个物理量场都是一个四维的数据集,它包括:经度、纬度、层次与时间。GrADS通过设置维数环境(工作数据的起始点数、间隔)来设定最后工作数据集的数组成分。 该工作数据集可以是整个原始数据场,也可以是原始数据场中的一部分。 而维数环境可以在两种空间坐标上定义:一种是地球坐标,另一种是格点坐标。两种坐标中的表达式( lon, lat, lev,time)和(x,y,z,t)相互对应,只是time用的是世界协调时,而t用的是格点时次序号。
因此,用户只要具有一个完整的数据源文件,而GrADS 又知道这些数据在文件中的组织结构方式,就可以利用原始数据进行分析和绘图工作,甚至进行各种物理量场的动画处理。用户所要做的第一步工作就是建立一个正确的二进制无格式原始数据文件(*.dat),然后在数据描述文件(*.ctl)中正确地描述这些数据结构。因为GrADS正是以数据描述文件来联结系统与原始数据, 并通过它来打开原始数据进行各种操作。所以,二进制无格式原始数据文件和数据描述文件对使用GrADS的用户来说是缺一不可的,它们一起组成了用户方最基本的数据文件(关于*.dat和*.ctl在下文中有
详细介绍)。
5　运行GrADS
DOS环境下运行xgrads.exe就可以进入GrADS环境( 用户也可以通过修改系统配置文件autoexec.bat或自己编写一个批处理文件使操作更加方便)。进入GrADS编辑环境后,屏幕出现两个窗口:一个是用于用户输入交互操作命令(具有ga>提示符);另外一个是用于显示用户的图形。
表1　几种常用交互命令及命令格式
命令及格式 功能描述
Open数据描述文件 打开数据文件
Set各类选项 设置各种参数
Display表达式 显示图形
Clear 清屏
Quit 退出GrADS
Query 查询环境参数
Draw选项 低级绘图指令
Swap on｜off 打开双缓冲区
Modify 临时变量 时间序列类型 声明气候型变量
Define 临时变量=表达式 定义临时变量
Enable print图元文件 打开文件存放图形
Print 转换图形为图元文件
Disable print 关闭图形输出转换
Exec *.exc文件 执行*.exc文件
Run *.gs文件 执行*.gs文件
用户进入GrADS环境后,首先用open命令打开数据描述文件,然后用set命令对各种环境参数进行设置。例如:维数环境、图形类型设置、图形要素设置、地图投影设置及绘图区域设置等。GrADS支持以下几种图形类型:
(1)二维等值线绘图
(2)二维填色等值线绘图
(3)标示网格点数值
(4)矢量箭头形式绘二维风场
(5)天气填图
(6)直方图
(7)单线图
(8)用指定颜色填充特定点
(9)风向杆形式绘二维风场
最后,用户可以用display命令显示物理量场的图形,GrADS可以把图形存为其特定格式的图元文件(*.met),也可以通过GrADS系统自带的gxps.exe、gxpsc. exe 或gxpscw.exe把图元文件转换为postscript格式。在最新版本的Win32 GrADS中,还可以通过wi命令把图形直接转换为gif、bmp、jpeg及其它多种格式的图形文件, 或者用outxwd命令输出X window的图形文件。
6　进一步使用GrADS
6.1　批命令和描述语言
GrADS允许用户将交互环境下打入的命令罗列在一个文本文件中,然后用exec命令批处理执行;或用描述语言编写具有更复杂功能的gs命令集,通过run 命令运行。其中,描述语言是一种类似FORTRAN的解释型高级语言,解释器就是GrADS本身, 描述语言的程序由记录组成,每个记录由分号或结束符来分辨。如果程序中含有表1中的GrADS命令,则该命令行要用英文单引号括起来,例如:
`open myfile.ctl‘
`display u‘
6.2　数据文件与数据描述文件
(1)格点数据格式
一个格点上可以有任意多个物理量,一般来说它们在文件中的排放顺序为:经度(x)、纬度(y)、高度(z)、物理量(var)、时次(t)。 每一个数据集由一个数据描述文件描述,注释行在第一列打*。每一个数据描述文件包括以下几项:
①二进制数据文件名
②数据集说明标题
③数据集的数据类型、格式和选项
④时空维数环境设置
⑤变量定义
(2)站点数据格式
站点数据排放次序:
①站点经纬度的头记录
②地面报变量
③高空报记录
④时次结束标记
GrADS直接支持GRIB数据格式。 用户可以根据以上两种数据格式按自己的要求制作原始数据文件和数据描述文件,以求达到最佳的分析处理效果。
6.3　利用GrADS进行站点数据网格化
利用GrADS的系统函数oacres(),可以把站点数据按用户的要求插值到预定的网格点上。
(读者如果需要进一步了解GrADS更详细的资料,可参阅作者编译的后续文章《GrADS使用说明》)
谢逸（民航中南空管局气象中心　510405）
乔云亭（中山大学大气科学系　510275）
参考文献
1，张洪.GrADS气象图形系统使用方法
2，Brian Doty.The Grid Analysis and Display System