Surfer8.0 学习手册
一、等高线的绘制
Surfer 的最主要的功能是绘制等高线图,但并不是我们具有了数据文件就可以直接绘制等
高线,surfer 要求绘制等高线的数据有特殊的格式要求, 即首先要将数据文件转换成 Surfer 认识
的 grd 文件格式, 才能绘制等高线 (当然, 可以直接生成 surfer 接受的 ascii 码的 grd 文件格式,
这样就可以直接作图,此方法将在后面介绍,首先我们介绍常用的作图方法) 。
(网格文件──规则矩形网格的三维数组 X ,Y ,Z 文件。用来画等值线图、网框图、矢量
图、粘贴图、立体阴影图、色谱图,计算面积、体积和画剖面图。
.GRD 文件格式
.GRD 文件: GS 二进制文件 (缺省网格文件格式 )、 GS ASCII 文件
.DAT 文件: ASCII XYZ 数据文件 .)
假设你有三列数据分别为 X ,Y ,Z,其中 Z 为点( x,y)处的值,存在文件 test.dat 中(数
据见附件),其中第一列是 X 坐标,第二列是 Y 坐标,第三列是( x, y)上的值 Z,则绘制等
高线的步骤如下:
假设你由三列数据分别为 X,Y,Z,其中 Z 为点( x,y)处的值。存为文件 test.dat(数据见
后)第一列是 X 坐标,第二列是 Y 坐标,第三列是( x,y)上的值 Z.则画等高线的步骤如下:
Note:并不是直接打开 test.dat数据就可以画等高线, 首先要将数据文件转换成 Surfer 认识的 grd
文件格式,才能画出等高线。
步骤一:把数据文件转换成 grd 文件
1. 打开菜单“网格” | “数据 ...”。
2.在“打开”对话框中选择数据文件 TEST.DA T
2. 这会打开“网格化数据”对话框。
3. 在“数据列”中选择要进行“网格化”的网格数据( X 和 Y 坐标)以及格点上的值( Z 列),
这里我们不用选择, 因只有 3 列数据且它们的排列顺序已经是 XYZ 了,如果是多列数据, 则可
以在下拉菜单中选择所需要的列数据。选择好坐标 XY 和 Z 值后,在“网格化方法”中选择一
种插值方法 (如果你需要比原始数据的网格 X 和 Y 更密的 Z 数据,或是你的网格是非均匀的) ,
则在网格化的过程中, Surfer 会自动进行插值计算,生成更密网格的数据。如果你只是想绘制
原始数据的图, 不想插值,则最好选择加权距离平方反比法 ( inverse distance to a power)或 Kriging
方法。因为这两种方法在插值点与取样点重合时,插值点的值就是样本点的值,而其它方法不
能保证如此。 在“输出网格文件”中输入输出文件名 test.grd,然后在“几何意义上的网格线”
中设置网格点数。
这里需要注意的是,当 X 和 Y 的数值相差很大时,这里显示的最大最小值可能有错误(即
与原始数据不同) ,这是 Surfer 软件本身的问题,遇到这种情况,必须手动改正这种错误,即输
入正确的最大最小值。由于我们的数据没有此类问题,因此不必手动改正最大最小值。但必须
手动改正 X 和 Y 的间距 “spacing ” 或数据个数 “#f ”,这二者是相关的,改动一个,另一个自动
改正。如果你的原始数据是等间距的,这里的 X 和 Y 的间距 “spacing" 或”# f “ 最好与原数据一
致,这样可以减少插值带来的误差。我们的数据是不均匀的,所以必须插值,这里可以不进行
任何改动。好了,点 “ok”,画图所需要的 grd 文件 test.grd 就生成了。
步骤二:画等高线
打开菜单“地图” “等值线图”“新建等值线图” ,
在“打开网络 ”对话框中选择刚才输出的 grd 文件,如 test.grd,点 “ok”,则一副等高线图就画完
了。
步骤三:等高线图的设置
在所画的等高线图中双击鼠标,或点击右键,选中 “属性 ”,就会出现设置等高线的各种属性,
在图的边缘双击鼠标则可以改动坐标轴的属性。
等高线图的着色(填充)和设置
双击等高线图,就会出现“ Map:countour 属性 ⋯⋯ ”对话框,现在介绍此对话框中的设置。
“常规”选项卡中:
1、“输入网络文件”
为打开的等高线图的“网格”文件名,你可以修改此处,打开不同的文件(几乎没人这样做) ,
点一下打开文件图标旁的“ i”图标,则可以看到当前“网格”文件的基本统计信息,如最大最
小值等。
2、“填充等值线”
选中填充等值线 (在前面的方框中点一下鼠标) ,就可以画着色的等高线图了,如果再选中下面
的“颜色比例 ”的话,则可以在等高线图旁边给出色彩棒。
3、“平滑等值线”
选中的话可以对等高线进行平滑,在“程度”中有 “低、中、高 ”三种选择。这一项一般可以不
选,除非你画出的等高线图中的等高线非常的不平滑,这项只起到美化图形的结果,没有更大
的意义。
4、“白化区域”
这项可以对空白区域进行着色,只有在你的等高线中有空白区域时才有意义,一般不用。
5、“断层线条属性”
可以设置等高线的粗细颜色等。
“等级” 选项卡中:
1、“等级”
点击“等级”可以设置等高线的最大最小值和等高线间的等高距,这可以对所有的等高线发生
作用,通过调节此项可以使等高线分布均匀,易于看清楚,作图更美观。如不想人为改动,可
用缺省值。双击“等级”下面的数字,可以单独更改等高线的值,但要注意等高线从小到大的
规律,不能瞎改。
2、“线条”
点击“线条”可以设置等高线的线型等属性。
4、“填充”
此选项只有在着色等高线图中才有效,对单独的等高线图无作用。点击“填充”设置着色。着
色与“线条”选项中的内容类似,不再详细介绍。同样,可以通过双击“填充”下面的具体颜
色条来对特定的等高线区域进行着色。
5、“标注”
设置等高线标注数字,比较简单。双击下面的“是”或“否”可以改变是否显示标注。
6、“影线”
用来画等高线的上下方向(即上山或下山方向) ,一般不用。
7、“添加”和“删除”
在右边的按钮。当选中某一“等级”后,点“加”按钮可以在两个“等级”之间插入一新的“等
级”。“删除”按钮则删除选中的“等级” 。
“查看”选项卡中
用来调整等高线图的整体方向,除了在 3d surface 情况下,一般不用。
有“查看域” 、“旋转”、“倾钭”可用于调整查看,投影方式可以有“透视”与“正交”两种方
式。
“比例”选项卡中
用来设置 xyz 轴的比例,可以调整其长度选项。一般情况不需调整,除非 X 和 Y 相差很大,为
了方便看图可以调整其到合适的长度。
“限制”选项卡中:
可以用来裁剪等高线图(通过设置 xy 的最小最大值) ,从而得到感兴趣地方大小的图形。
“背景”选项卡中:
可用来设置背景填色。它有很多设置。可以用“应用”按钮反复试一下。
横纵( xy)坐标轴的设置:
双击横轴和纵轴所在的位置,就可以打开坐标轴属性对话框 “Map Left Axis 属性 ⋯⋯ ”下面
以 Bottom 轴为例,
其它类似:
“常规” 选项卡:
“标题”, 在空白处可以输入轴的说明或图的说明文字,用“沿坐标轴偏移” 和“从坐标轴偏
移”可以设置说明文字的位置, “字体”可以选择字体, “角度”可以选择文字的旋转角度。
“标注”,设置轴的刻度值和标注格式。
“坐标平面”设置轴平面,一般为 XY 不改动。
“坐标轴属性”设置轴线属性。
“ ticks ”选项卡:
设置轴线上刻度的长度,方向,主刻度和辅助刻度。
“比例”选项卡:
设置刻度值的起始值, “主间距”和“最后主刻度” 。其它值一般不修改。
“网格线”选项卡:
用来设置等高线图的坐标网格,用鼠标点击“显示”并“应用”即可。
此外,以上等高线的所有属性都可以通过双击左边的“对象管理” (或在“编辑”菜单中)属性
窗口来设置,与直接在图中设置没有什么区别。
二、在等高线图上加上背景地图 (base map)(世界地图或局部地图 )
我们经常需要把世界地图放在等高线图下面作为参考,世界地图在 surfer 中的格式是 *.bln,
*.gsb,*.jpg,*.gif 等 多种形式,比较常用的是 *.bln 文件,这些地图 在 surfer 的 官方网站
http://www.goldensoftware.com/ 都有,可以自由下载。
在附件中提供给大家一个世界地图的 bln 文件 ,文件名 world0360.bln 。
在 surfer 中打开 地图 |基面图 ⋯ 然后打开 world0360.bln 文件,就可以画出世界地图了。
用“视图” |“适应窗口”可以很好的显示。
然后我们可以把相应的等高线图用第二部分的方法画出 (注意“基面图”的网格坐标必须与等高
线图的网格坐标一致,至少“基面图”的网格坐标要包含等高线图的网格坐标 )。
再按 F2 键或 ctrl+A ( 选中所有对象 ),点击“地图” |“堆叠地图”就可以将两幅图合成一副图。
打开“视图” |“对象管理器” ,选中“ base”,点右键,选“对象次序” |“移到前面”就可以将
背景图移到前面一层。
由于排版时没有实际数据,仅为了供大家学习,于是就用下载来的数据照猫画虎做了这个四不
像的图来,请原谅。
这样一份好的等高线图就画好了。 (见下图 ) ,这才是原创作者的图。
三、 bln 文件及 blank 作图
大家看了第三部分的图有可能会奇怪,为什么你的等高线只在海洋上有,陆地上怎么没有呢?
这就是此节要讲的内容。首先讲一下 bln 文件的格式, bln 文件具有以下格式 :
length,flag
x1,y1
x2,y2
...
xn,yn
length,flag
x1,y1
x2,y2
...
xn,yn
其中, length 是背景地图曲线中点坐标的个数,如果 xn=x1 ,yn=y1 ,那么所有的点将围成
一个圈。如果不是这样,则是一条不闭合的曲线。 flag 的值为 1 或 0,当 flag=1 时,闭合曲线
里面的等高线可以用此 bln 文件 blank 掉 (即将闭合曲线中的等高线消除 ),如果 flag=0 ,则是曲
线外面的等高线被 blank。 我所提供的 bln 文件为 flag=1 的格式,当然可以将其改成 0。
简单介绍了 bln 文件的格式, 再来介绍怎样 blank 等高线。 假设我们已经有了一个全球的等
高线图,其原始数据文件为 1.grd. 打开“网格” |“白化 ⋯”选择文件 1.grd, "ok" ,然后在新的
对话框中选择 world0360.bln, "ok" ,再在新的对话框中输入要输出的 grd 文件的名字,点 ok 就
可以得到一个 blank 过的 grd 文件 (假设为 out.grd) ,则用 out.grd 再做等高线图,即可出现我所
给第三部分中图的效果。
四、应用 surfer 给出数据文件的统计性质
在应用数据作图前,有时候需要知道每列数据的统计性质,如最大值,最小值,
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
差等。应
用 surfer 的 worksheet 可以很方便的解决此问题。打开 file|new 选中 worksheet,则出现一个类
似 excel 的表格,
在此环境下,可以用“文件” |“打开”来打开需要查看的数据文件,譬如 test.dat。
如果我们想知道 B 列的统计性质,则点击 B,再打开菜单“数据” |“统计 ⋯”,
选 "ok" ,就会出现统计结果。
同时,我们还可以对各列进行数学运算,譬如我想生成新的一列 D,它是 B 列的平方加上
C 列的和,则先点击 D 列(空白列) ,再打开菜单 data|transform...在 transform equation 下输入
“ D=B*B+C ”点击 "ok" ,则会生成 D 列数据,只要将文件另存为新文档就可以了。
第 9 行中的 3*3+55=80 。
当然,你还可以用 surfer 的“工作表”做很多类似的计算。应该说 ,surfer 的这一功能是很
实用的,当然,还可以用“数据” |“排序 ⋯”对数据进行排序。
五、 post map 和 classed post map
有时候,我们需要在 base map中添加台站的坐标,并用三角,五星等符合将其标出,且在旁边
写上台站的名字,这可以用“张贴图”和“分类张贴图”完成。首先介绍“张贴图” ,它的数据
文件一般格式是 :
x1, y1, label1
x2, y2, label2
...
xn, yn, labeln
其中, xn,yn 为坐标值, label 为数字或文字。我们还是以 test.dat 为例子,打开“地图” |
“张贴图” | “新建张贴图 ...” , 选择文件 test.dat, 选 "ok" ,则会出现一副“张贴图”的图,
双击图的中央,就会打开其属性。
在“常规”选项中可以设置坐标列,以及“符号” (可更改为其它的形状,缺省为十字) 。
在“标注”选项中,
可以通过“标注用工作列表”设置“标注” ,此处我们选择 c 列,则 c 列的值会出现在每个
坐标点的上方。 (如图所示 ) 至于其它的设置跟等高线类似,不再详述。
至于“分类张贴图”与“张贴图”类似,只是对不同的点,根据某些规则分类而已。 譬如还是
test.dat 文件,我们把 c 列看成是每个点的高程,则可以根据高程对各点分类。如高程在 25-54
的用十字表示, 88-105 的用三角表示等。打开“地图” |“张贴图” |“新建分类张贴图 ⋯ ”,选
择文件 test.dat, 选 "ok" ,则出现一副“分类张贴图” ,双击图可以编辑属性,这里会多一个“分
类”选项卡,这里的选项最大最小值, symbol 等都可以改,不再详述。需要注意的是“分类张
贴图”至少要有三列数据,其中第三列就是分类的标准。
六、“矢量图” 向量图 (或风向图 )
很多人是学习大气和海洋的, 因此经常要画风向量图或海流的向量图, surfer 可以轻松的完
成,且图形可以调整,因此可以生成很漂亮的图形。 “矢量图”分别有: “新建 1-网格 矢量”
和 “新建 2-网格 矢量”两种。首先介绍“新建 1-网格 矢量”:
“新建 1-网格 矢量”可以给出坐标点的方向和振幅大小,但它一般表示的是等高线的下山方
向和大小,是等高线图的一种特殊表现方式,如应用 test.dat 就可以做出。打开 “地图” |矢量
图|“新建 1-网格 矢量”,选中 test.dat,则会出现一副箭头图。
通过双击图的中央可以编辑它的属性,此图一般很少应用,因此其属性设置不再详述,感
兴趣的朋友可以自己试一下。
下面主要讲“新建 2-网格 矢量”,“新建 2-网格 矢量”用到两个不同的 grd 文件,一般讲这两
个文件应该有相同的坐标网格。 “新建 2-网格 矢量”的 grd 文件可以有两种表示方法,一种是
直角坐标形式,一种是极坐标形式。对直角坐标形式,其中一个 grd 文件里是 x 方向的值,另
一个是 y 方向的值。对极坐标形式,一个 grd 文件是 vector 的方向,另一个 grd 文件是 vector
的振幅值。
下面举个具体的例子来说明如何作图。假设我们已经有了风分量 u 和 v 的两个直角坐标的
grd 文件 (包括 x y windu 三个分量 ),名字分别为 amipii.u.Jan.sp.dat 和 amipii.v.Jan.sp.dat 两个 grd
文件(需要注意的是,这两个文件已经是 ascii 码的 grd 文件,看不到相应的三个分量,但不需
要再进行 grid 过程,可以直接应用, 至于如何生成这种形式的 grd 文件,我将在后面具体解释) 。
打开“地图” |矢量图 |“新建 2-网格 矢量”,将打开 "open x component (angle) grid" 对话框,
此时选中 amipii.u.Jan.sp.dat(注意,需要在文件类型中选择 all files(*.*) 才可以选择 *.dat 文
件),随后会打开 "open y component (length) grid" 对话框,
重新启动电脑,再进行上述步骤:
此时选中 amipii.v.Jan.sp.dat,选择 "ok" ,就会出现一副风的箭头图,
再加上 base map就成了一副很漂亮的图。
通过双击就可以打开此图的属性 (Map vectors 属性 ⋯⋯ )。
注意 :在"data"选项卡中,“坐标系统” 要选笛卡尔坐标 (x,y)( 如果你用极坐标, 就选极坐标 (角度 ,
长度 ))。 在“符号”选项卡中可以修改箭头的形状及线条的属性,
其中“频率”是设置 x 和 y 方向需要箭头的频率,此处我们改为 3,3,即在 x 和 y 方向都是每
3 点画一个箭头,也即省略了两点。其中的“颜色”可以会色彩箭头,大家可以看一下效果。
在“比例”选项卡中,
可以设置箭头起始点的位置 (符号方向 ),以及箭头长度的比例形式 (线性,对数,平方根等 )。
在右边还有两个选项,一个是反转箭头方向,一个是给出箭头的图例,选中后者。
在下面可以设置箭头的各个属性幅值,轴长度,头长度和符号宽度,分别表示风的振幅大
小 (可改,这里选用缺省值 ),箭头杆的长度,箭头头的长度和箭头的宽度,这里其最小最大值
分别为 (后三项 ) 0.04in,0.2in ,0.04in,0.04in,0.01in,0.01in)。
在 "scale"选项卡中,选择 x scale 下的 length 为 6in, y scale 下的 length 为 3in。其它属性不
做改动,即可生成所给的图形。 当然,你也可以给出风 uv 项的角度和振幅,用极坐标来画图 ,
这其中要注意极坐标的参考点可以是东 (角度逆时针 )或北 (角度顺时针 ),请注意选择 (在属性的
“数据”选项卡中修改,且其角度可以用度或弧度作单位,请小心区分 )。
七、 ascii 码的 grd 文件及插值问题
在第七部分给出的 grd 文件是 ascii 码的直接 grd 文件格式,无需进行网格化过程,这样做
简单,准确,可以在工作和学习过程中提供很多方便。
下面做一详细介绍:
ascii 码的直接 grd 文件格式包括 5 个文件头信息 (关于网格的限制 ),然后是 z 的值,值得注意的
是,这种文件格式必须用空格来区分两个数据。其一般格式为 :
DSAA ( 注意 ,必须大写且从第一行第一列开始 ,即 DSAA 前面不能有空格 )
nx ny (x 方向网格点的个数 nx, y 方向网格点的个数 ny)
xlo xhi (x 方向网格点的最小值和最大值 )
ylo yhi (y 方向网格点的最小值和最大值 )
zlo zhi (z 方向网格点的最小值和最大值 )
grid row 1 (z 的值在点 (x1,y1), (x2,y1),....(xn,y1))
grid row 2 (z 的值在点 (x1,y2), (x2,y2),....(xn,y2))
grid row ........
grid row n (z 的值在点 (x1,yn), (x2,yn),....(xn,yn))
注意 ,此处 x1
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