Backup of IT memo/GrADS memo(No. 34) - Kei YOSHIMURA in AORI/IIS U-Tokyo

GrADSメモ †

個人的なメモ書きです。別の（楽な）方法があればぜひ教えてください。誤りなどの指摘もよろしくお願いします。

GrADSメモ

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できたらいいな。 †

ご存知のことがあれば、コメントしてくださいm(_ _)m

ある2つの面的な時系列データの、同じグリッド同士の時系列データの相関係数分布の表示。
ある面的データの、球面調和関数スペクトルの算出
[Done]テキスト出力のファイルへの保存。 -- kei 2007-08-01 (Wed) 13:33:06
- 自作した。./textout
- UDFを使うともっと気の利いたものが作れそう。たとえばここのような。
きれいな画像の保存（printimの解像度はずいぶん低いので…） -- kei 2007-08-01 (Wed) 13:34:39
- ここで書かれているように、epsとして保存するのがベター。 -- 2007-11-07 (Wed) 10:50:21
[Done]鉛直断面図に、地形マスクをかける。 -- 2007-08-15 (Wed) 14:55:58
- できたっぽい。ここ参照 -- 2007-11-07 (Wed) 02:17:21
気圧面データから高度毎の分布を描く。 -- kei 2007-11-07 (Wed) 02:37:56

#comment2_kcaptcha

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初級編 †

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入手とインストール †

http://www.iges.org/grads/downloads.html から自分にあったものをダウンロードする。バイナリでとってくればコンパイルいらずなので便利。Windowsでも一応動くが、重い。
好きな場所にバイナリを保存し、環境変数GADDIR, GASCRP（, GAUDFT）をセットする。GAUDFTは、ユーザー定義関数を作ったときに必要になる。csh系では、~/.cshrcにて以下の変数を定義する。
```
setenv GADDIR /home/kei/GrADS/lib
setenv GASCRP /home/kei/GrADS/lib
setenv GAUDFT /home/kei/GrADS/udft
```

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基本コマンド †

open controlfile
- netCDFの場合は sdfopen ncfile
d expr
set x (y, z, t) num1 num2
set lon (lat, lev) val1 val2

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出力形式 †

set gxout outputtype

よく使うのは、contour, grfill, shaded, vector, scatter　等

ベクトル表示

d u;v
d skip(u,2,2);skip(v,2,2)　# 間引き

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演算 †

変数同士の四則計算
```
d var1*var2
```
組み込み関数（ave，sum，log，pow(x,y), sqrtなんかが使用可能）
```
d ave(var,t=1,t=24) # ネスティングも可能
```

気圧重みづけ鉛直積分（可降水量など）

d vint(sfcprs(hPa),expr,end pressure (hPa))
d vint(pressfc/100,spfhprs, 10) # 例

収束
```
d hdivg(xexpr,yexpr)
```

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複数のctlファイルからデフォルトを選ぶ †

set dfile num

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ある値以下（以上）をマスクして表示． †

d maskout(var,var-10) # 10以上の値を表示

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背景を白に †

set display color white

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中間の値に色を塗らない †

set black -0.2 0.2　# -0.2から0.2は塗らない

背景色（色番号１）を塗っているので透過はしないことに注意。

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カラーバー表示 †

run cbar # fg,bgなし
run cbarn # fg,bgあり

オプション

run cbarn 大きさ　水平0／鉛直1　x位置　y位置

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タイトル、軸ラベルをつける †

draw title xxxxx
draw xlab (ylab) xxxxx

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プリントアウト †

enable print hoge.gx
print
disable print
! gxps -c -i hoge.gx -o hoge.ps
 # -c -rで黒背景。

追記：printimというコマンドを使えば一発。

printim tmp.gif gif white

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バイナリで保存。（データの切り出しなど。） †

set fwrite xxx.dat
set gxout fwrite
set x (y,z,t, etc.) x1 x2
 ここで、xを設定しなおさないと、なぜかxmax+1まで保存されてしまう。
 時系列に保存したい場合は>set t t1 t2　など。
d var
disable fwrite

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中級編（scriptを使ったり、デフォルト以外の関数を使ったり） †

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scriptで引数を使う †

function main(args)をスクリプトの頭で定義する。

(example)
function main(args)
var1=subwrd(args,1)
var2=subwrd(args,2) 
...

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テキスト出力 †

set gxout print
set prnopts %10.3e 1 1 # 小数点以下3桁、一列に表示、ブランクは一文字分

画面に出たものをファイルに保存するやり方がわからん！コピペするしかないのか？？スクリプトなら何とかなりそうだけど。。。

結局、fwriteでバイナリ出力したものをテキストでファイルに書き出すコードを作った。./textout

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（線の）凡例をつける。 †

cbar_l.gs/cbar_lineが便利。http://www.iges.org/grads/gadoc/library.html
デフォルトの線種をそのまま使用したい場合は、
```
cbar_l -t "line1" "line2" "line3" -p
```
で、画面のクリックした位置にレジェンドを付加できる。線種をカスタマイズしたいときは
```
cbar_line -c 色 -m マーカ -l ライン -t "テキスト" -p
```
として、各項目に番号を振る。ちなみにGrADS標準は下記の通り。
Num Color Line Mark
1 1 1 2
2 3 1 3
3 7 1 4
4 2 1 5
5 6 1 1
6 9 1 2
7 10 1 3
8 11 1 4
9 12 1 5
10 15 1 1

Num	Color	Line	Mark
1	1	1	2
2	3	1	3
3	7	1	4
4	2	1	5
5	6	1	1
6	9	1	2
7	10	1	3
8	11	1	4
9	12	1	5
10	15	1	1

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アニメーション †

普通に

set t 1 10
d var

でできるが、コマ送りが早すぎなどという問題点がある。ftp://grads.iges.org/grads/scripts/xanim.gs を使うとさらに便利。

set t 1 10                  ＃ 同じ
xanim -pause -grfill var    ＃ マウスクリックでコマ送り（かつgrfillで表示）
xanim -skip 4 -repeat 5 var ＃ ４コマ目ごと、5回繰り返し

など。オプションは変数より前にないとダメらしい。

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画面内の分割 †

page.gs (ftp://ftp.cpc.ncep.noaa.gov/wd51we/grads/page.gs)が使える。

page q1 ＃ 右上
d var1
page q2 ＃ 左上
d var2

という具合。元に戻すには

page reset

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移動平均の図化 †

set t 1 100               ＃ 例えば。
define a=ave(var,t-0,t+9) ＃ 前方10個平均。define省略可。第二引数はtだけだとダメ。
set missconn on           ＃ 欠損は無視してつなぐ。
d skip(a,10)

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領域平均値の時系列グラフ †

set t 1 100
define a=aave(var,lon=-180,lon=180,lat=-90,lat=90) 
　　　　＃ 面積重みつき全球平均
set x 1 ＃ Lineを書くため、Xを固定（値は何でも良い）
d a

aaveは、値を返してくれるが直接図化はされないため、一度defineする必要がある。

追記：tloopを使うとdefineする必要はない。

set x 1
set y 1
d tloop(aave(var,lon=-180,lon=180,lat=-90,lat=90)

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統計情報の表示 †

set gxout stat
d var
 欠損値の数や和、標準偏差、分散などが表示される。
 sublin, subwrdなどで取り出して使用することが多い。

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相関係数の算出（時間変動） †

ある時間軸一次元のデータの、領域全体の時系列変化に対する相関係数を計算する。

set t 1 100
define tmp=aave(var,lon=-180,lon=180,lat=-90,lat=90)
set t 1
d tcorr(tmp,var,t=1,t=100) 
　＃　全球平均値tmpの変動に対しての、全グリッドの時間変動の相関を表示

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相関係数の算出（空間変動） †

同領域２変数の空間相関係数を計算する。

d scorr(var1,var2,lon=-180,lon=180,lat=-90,lat=90)
　＃ var1とvar2の全球空間分布の一致度（相関）を表示

同様に、回帰直線の傾きは以下のようにして求められる。

d sregr(var1,var2,lon=-180,lon=180,lat=-90,lat=90)

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両対数グラフの作成 †

GrADSには、Z軸に関してのみ対数軸が用意されている（set zlog on）が、X,Yに関しては存在しないため少々面倒。

対策は2通りある。ひとつは散布図(set gxout scatter)を使う方法、もうひとつは対数で描画したい横軸をZ軸としてデータ及びctlファイルを作成しset xyrev on/set zlog onを使う方法。前者は簡単だが点と点を結ぶ線を引けない。後者はデータを作り直さなければならず少し厄介だが、きれいな図が描ける。

両対数グラフ／scatter使用時散布図にしてXの値・Yの値にlogをかける。

set gxout scatter
set vrange X1 X2  　＃通常の線グラフならY軸に対応するが、散布図ではX軸
set vrange2 Y1 Y2
set digsiz 0.1　　　＃デフォルトの点は若干小さいので大きくする。
d log10(lon);log10(var)

両対数グラフ／zlog使用時描きたい図の横軸をZ軸にしたデータとコントロールファイルを作成。（元々のZ軸はX軸にしたりする。）スペクトルの表示に便利。

set x 1 　　　　　　＃（実際は）高度を指定
set z 1 300 　　　　＃両対数グラフのX軸とするべき軸の範囲を指定
set zlog on　　　　 ＃Z軸を対数表示
set xyrev on　　　　＃描画領域のXYを入れ替え
set xlevs 1 2 5 10 20 50 100 200 300 ＃X軸のアノテーションを指定（指定ナシも可）
set cmark 0　　　　 ＃マークを描かない
set cthick 6　　　　＃線を太く。
d log10(var)　　　　＃変数varを対数表示。

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平均日変化グラフの描画（平均季節変化グラフも同様） †

Diurnal PatternやSeasonal Climatologyを算出するにはaveに時間ステップを指定してそれぞれの平均を取ると良い。

set t 1 4 　＃　tを日変化なら4ステップというように適当に設定。
set x 1
set y 1     ＃　tloop用。
d tloop(ave(aave(var,lon=X1,lon=X2,lat=Y1,lat=Y2),t-0,t+120,4))
　　　＃ ミソはaveの設定。はじめに設定したt=1,4のそれぞれから4つ飛び
　　　＃ で平均を取る。

あーラクチンだねー。

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グラフの中にグラフを書く †

vpageを使う。ただ、位置などの微調整が難しい。

# 現在の座標情報を得る（あくまでも目安）
q gxinfo
# gxinfoの情報を元に、背景色の四角を書く（透けるのを避けるため）
# 次のvpageの座標と同じにしても良いが、余白を少なくするには微調整が必要。 
set line 0
draw recf xlo ylo xhi yhi
# 続いてvpageを設定。良い位置にするにはかなり細かい調整が必要。
set vpage xlo xhi ylo yhi
# X-Yラベルのフォントサイズを変更（そのままでは縮小される）
# デフォルトが 色番号=1、太さ=4、大きさ=0.12 らしいので、参考にする。
set xlopts 1 2 0.3
set ylopts 1 2 0.3 
# gradsのロゴなどをはずす
set grads off

そして普段どおり描く。塗りつぶしの図なんかの場合は背景の四角はいらないね。
vpage以前の設定は持ち越されないので注意。

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上級編（UDF使ったり、station data使ったり） †

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UDF設定方法 †

UDFTファイルの場所を環境変数GAUDFTに記述
関数が増えるたびにUDFTファイルに追記していく。

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空間内挿（lterp） †

便利な空間内挿関数。時間を動かせないのでそうしたい場合は少し面倒。もともとetaについてくる関数っぽい？
Googleで探してもソースが出てこないので、ここに貼り付けてしまう。オープンソースでしょう。たぶん。&attachref(lterp.tar);

使い方

d lterp(var1.1,var2.2) ＃ var1.1: 内挿前　var2.2: 内挿先
d lterp(var1.1,var2.2)-var2.2　＃　などという演算が可能となる。楽。

注意点
- 鉛直内挿ではない。
- 鉛直レベルが同じだと、鉛直方向にも同時作業してくれる。
- 解像度が異なるデータで、ある点の時系列を同時に描画したいときには、前もってdefineする必要がある。

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任意の断面図 †

gr2stn, collect, coll2grを使用。が、鉛直分布「しか」描けないなど、かなり限定的にしか使えない。

スクリプト例

'reinit'
'open /home/kyoshimura/IsoRSM/cal10km/200702/r_pgb_prs.ctl'
'set grads off'
'set zlog on'
'set x 1'
'set y 1'
'set lev 1000 200'
lon1 = -123.22
lon2 = -120.82
lat1 = 38.61
lat2 = 39.20
lon = lon1
'collect 1 free'
while (lon <= lon2)
  lat = lat1 + (lat2-lat1)*(lon-lon1) / (lon2-lon1)
  'collect 1 gr2stn(pwat,'lon','lat')'
  lon = lon + 0.1
endwhile

'set x 14 16'
'set xaxis 'lon1' 'lon2
'set clab on'
'set gxout shaded'
'd coll2gr(1,-u)'
'run cbarn'

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鉛直分布図などに地形マスクをかける †

参考図（→右の図）

やり方

set z 1 10
define tmp=pressfc ＃　全層に表面気圧を入れる

などとやってから、数多くの正値の太いコンターでd lev-tmp/100を表示させる。

set clevs 0 5 10 15... ＃　コンターの間に空白がなくなるように、必要なだけ延々と書く。　
set ccolor 15　＃　灰色
set cthick 6　＃　太いほうが良い
set clab off　＃　コンターラベルはなし
d -(tmp/100-lev)　＃　描画

失敗例
- 鉛直図を描いた後、set z 1　などとして線などで標高を描こうとしても、軸がずれてしまう。
- d maskout(lev-tmp/100,lev-tmp/100)などとやると、角ばったマスクになる。
- gxout shaded でマスクしようとしても、「透過色」を指定できないのでうまくいかない。

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鉛直分布図と非鉛直分布図を同時に描く。 †

参考図（→上の図）
やり方：vpageをうまく使って調整する。
例：&attachref(CZC-ALT.gs);参照

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Gradient/Laplacianの計算 †

hdivgとhcurlをつかって、スカラー量qのdq/dx、dq/dy及びラプラシアン(d2q/dx2+d2q/dy2)を計算できる。簡単にできるスクリプトはこちら。

&attachref(lap.gs);
&attachref(gradx.gs);
&attachref(grady.gs);

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NetCDFファイルの読み込み †

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COARDS規約のファイル †

sdfopen XXX.nc

するだけ。

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読めそうだけどsdfopenが効かない場合 †

簡素版コントロールファイルをつくってxdfopenする。

xdfopen test.ctl

SWINGデータ用のサンプル→&attachref(s1a.echam4.ctl);

templateオプションが効くが、たまにSegmentation Faultしてしまう。（特に、演算による時系列アニメで、ファイルをまたぐ場合）

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Office使いのための論文用画質維持について †

複数の図を一枚のパネルにする際、パワポで切り貼りしてワードに貼り付けるという手法は、論文だけでなくそのまま発表にも使えて便利。
が、論文最終段階で、そのパネルを画像（Tiff or eps）として提出する場合、画質がかなり落ちる。（画面上の画質と同じになる（？））
対処法としては、
- パワポで、複数の図からなるパネル（背景含む）を全部選択し、右クリックで「画像として保存」を選択、「拡張メタファイル（.emf）」で保存。
- 次に、emfファイルを開く。（デフォルト設定でWindowsの画像Viewerが起動する）
- 最後に、tiffファイルとして保存する。
ただ、かなりむだに容量が大きくなるのが困り者。

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フォントの作り方 †

デフォルトでlib内にfont0.dat～font5.datが用意されている。font3.datが特殊文字。しかし、同位体屋に必須である「パーミル（‰）」が存在しない。よって自作を試みる。われながら暇人だ。

現在使えるフォントの確認
```
font number
```
で一覧が表示される。デフォルトでは０－５。チルダ（～）がどのフォントでもまったく同じ文字に当てられている。

フォントファイルの解読

http://iges.org/grads/gadoc/font.htmlを参照。

fontX.datには、ASCIIコードの32（空白）～126番目（チルダ）の95のキーを入力したときに呼ばれる記号が、それぞれの行に記述されてある。つまり、あるキー（例えばチルダ）に対応する記号を変更したければ、その行（チルダの場合は95行目）を変更すればよい。

続いてフォントの中身を解読する。例えばスラッシュ（／：16行目）は

  3G][BIb

とある。まずはじめの3は、3つの座標ペアが続く、という意味。座標というのは、ASCIIコードの順番でちょうど真ん中の「R」をゼロとして、若いキーがマイナス、後のキーがプラス、としている。よってGは-11、]は+11が当てられる。

はじめの数字の直後は、記号の幅を示す。つまりG]は-11～+11を占めるということ。

これ以降は、一筆書きなら座標を並べていき、間をおくなら「空白＋R」でつなげる。よって例の場合は、[B（+9，-16）からIb（-9，+16）まで直線を引く、ということになる。

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GrADSでパーミルを使う †

font3.datの最後の行（チルダ用）を以下のように変更する。

 14F^IUISJPLONOOPPQTTVUXUZT[Q[O
  ↓
 44D`WFE[ RJFLHLJKLIMGMEKEIFGHFJFLGOHRHUGWF RSTQUPWPYR[T[VZWXWVUTST R[TYUXWXYZ[\[^Z_X_V]T[T

GrADS内では、「｀３～」で呼び出す。例えば、

ga> draw ylab `3d`0`a18`nO [`3~`0]

で、『δ18O [‰]』（18は上付き）が表示される。

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Using Permil (part per thousand) in GrADS †

Modify the last line of gradsdir/lib/font3.dat as follows:

 14F^IUISJPLONOOPPQTTVUXUZT[Q[O
  ↓
 44D`WFE[ RJFLHLJKLIMGMEKEIFGHFJFLGOHRHUGWF RSTQUPWPYR[T[VZWXWVUTST R[TYUXWXYZ[\[^Z_X_V]T[T

The permil symbol is written by "`3~", such as

ga> draw ylab `3d`0`a18`nO [`3~`0]

This writes "d18O [permil]" in Y-axis.

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lats4dを使ったフォーマット変換 †

別項目へIT memo/GrADS memo/lats4d。

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注意点アレコレ †

sumとaveの違い

ave(var,t=1,t=10)*10 と
sum(var,t=1,t=10) は同じではない！原因は欠損値の取り扱い（下記参照）。

時間平均→空間平均にすべし。

sum(aave(var,lon=0,lon=360,lat=-90,lat=90),t=1,t=10) と
aave(sum(var,t=1,t=10),lon=0,lon=360,lat=-90,lat=90) は異なる。後者が正解。

2変数以上の積の変数を平均（もしくは積分）する際、変数の積→平均（積分）すること。

F=A*Bのとき 
(Fの平均)=(Aの平均)*(Bの平均)+(A及びBの偏差の共分散)。
相関が0のときは上の共分散もゼロ。共分散=(A,Bの相関)*(Aの標準偏差)*(Bの標準偏差)

一方、2変数以上の和なら順序が逆でもOK。（まあ、当たり前）→欠損値に注意（下記参照）
```
F=A+Bのとき
(Fの平均)=(Aの平均)+(Bの平均) or (A+Bの平均)
```

上記は、偏微分式でも適用可能。すなわち

F=▽・(A,B)=∂A/∂x+∂B/∂yのとき (例えば収束)
(Fの平均) = ∂(Aの平均)/∂x+∂(Bの平均)/∂y = (∂A/∂x+∂B/∂yの平均)

鉛直積分収束量計算：鉛直積分→水平微分の順。

数学的には
∫(∂(q*u)/∂x)dp と ∂(∫(q*u)dp)/∂x （鉛直積分⇔水平微分）
は同値だが、GrADSにおいては地表面付近の∂(q*u)/∂x がおかしくなるため
（欠損があるため）、∂(∫(q*u)dp)/∂x （鉛直積分→水平微分）を使ったほうが良い。

欠損値の取り扱い

変数同士の演算 → 全て欠損値を返す（要注意！）
sum → 欠損値をゼロとして（欠損値を飛ばして）計算 
ave → sumの結果を欠損値を除いた個数で割る。

欠損値の取り扱い２

変数同士の演算ですべて欠損値を返すため、
ave(var1,t=T1,t=T2)-ave(var2,t=T1,t=T2)　と ave(var1-var2,t=T1,t=T2)
は異なることがある。
ave(var1-var2,t=T1,t=T2) と等しくなるのは
ave(maskout(var1,var2+1e30,t=T1,t=T2)-ave(maskout(var2,var1+1e30),t=T1,t=T2)
である。1e30というのは、var1のとりうる範囲が-1e30以上、ってことにしているから。

Backup of IT memo/GrADS memo (No. 34)