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绘制底图

GMT 可以绘制多种不同类型的底图，包括全球地图、区域地图，以及线性坐标轴、 对数轴、指数轴、极坐标轴，甚至 3D 坐标轴。

这一节我们将通过使用 /module/coast 和 /module/basemap 模块绘制 不同类型的底图，并了解 GMT 中 -J、*-R和-B* 选项的基本用法。

全球地图

要绘制地图，就需要将地球的三维球面投影到一个二维面上，投影的过程需要指定投影方式。 GMT 中使用 -J 选项指定地图投影参数以及地图的尺寸。 同时，我们还需要使用 -R 选项指定要绘制的区域范围（即经纬度范围）。

下面用最简单的命令绘制了一张全球地图。

gmt begin GlobalMap

gmt coast -JH180/12c -R0/360/-90/90 -W0.5p -A10000

gmt end show

先忽略后面的 -W0.5p -A10000（后面章节会介绍到），这里只关注 -J 和 -R 选项。 此示例中：

  1. -JH180/12c 指定地图投影参数，*H* 表示使用 Hammer 投影，地图中心位于经度 180° 处， 地图宽度为 12 厘米（*12c，c* 表示单位厘米）；
  2. -R0/360/-90/90 指定要绘制的区域范围，即经度 0° 到 360°，纬度 -90° 到 90°， 四个数字之间用斜杠 / 分隔。

上面使用了非常简单的 GMT 命令即绘制出了一张全球地图的底图，但其跟我们常见的 全球地图比还缺了个底图边框。GMT 中可以使用 -B 选项为地理底图加上边框 并绘制经纬线。

gmt begin GlobalMap

gmt coast -JH180/12c -Rg -Bg -W0.5p -A10000

gmt end show

跟上一个脚本相比，此处我们做了两点修改：

  1. 使用 -Rg 代替了 -R0/360/-90/90。这二者是完全等效的。 由于绘制全球地图是很常见的需求，因而 GMT 为其设计了一个更简单的写法。 -Rg 中 g 代表 global。
  2. 增加了 -Bg 选项。*-B* 用于给底图加上边框，其中的 g 则用于 向底图中加入网格线（*g* 代表 grid）。

Tip

GMT 支持 30 多种不同的地图投影方式，详情见 /proj/index 一章。 将上面的示例脚本中 -JH180/12c 修改为下面列出的一些值以了解不同投影方式之间的差异：

  • -JA280/30/12c
  • -JI180/12c
  • -JK180/12c
  • -JN180/12c
  • -JR180/12c

区域地图

绘制区域地图与绘制全球地图没有本质区别，我们依然需要使用 -J 指定投影方式， 使用 -R 指定绘图区域范围，使用 -B 指定底图边框。

下面的 GMT 命令绘制了一张新西兰地图。

gmt begin NewZealandMap

gmt coast -JM12c -RNZ -Ba -W0.5p -A10000

gmt end show

这里我们使用了：

  • -JM12c 指定了使用墨卡托投影（绘制区域地图最常用的投影方式），地图宽度为 12 厘米；
  • -RNZ 指定了绘图区域范围，此处 NZ 是新西兰的国家代码，GMT 会自动根据国家代码 提取该国家的区域范围并用于绘图；
  • -Ba 用于给底图添加边框。对于某些地图投影，GMT 默认使用图中所示的黑白相间的 底图边框。*a* 用于添加标注（*a*nnotation，即图中的经纬度数字）。

如果对于根据国家代码自动确定的区域范围不太满意，我们也可以使用 -R 选项 最原始的方式来指定区域范围。 即依次给定绘图区域的最小经度、最大经度、最小纬度和最大纬度。记起来也很容易， 可以记为 xmin/xmax/ymin/ymax，或者直接记 “西东南北”。

通过上面的图，我们大概知道了新西兰的经纬度范围。我们可以直接使用 -R165/180/-48/-32 指定绘图区域。

gmt begin NewZealandMap

gmt coast -JM12c -R165/180/-48/-32 -Bafg -W0.5p -A10000

gmt end show

上面的例子中我们还调整了 -B 选项，*-Bafg* 表示绘制底图边框的标注（*annotation）、 刻度线（frame，即图中黑白线段的间隔）和网格线（g*rid）。 标注、刻度线以及网格线的间隔由 GMT 算法自动决定。

对 GMT 自动算法确定的间隔不满意？你还可以任意指定自己想要的间隔。 下面例子中，我们对底图进行了进一步的自定义，为 X 轴和 Y 轴分别指定了间隔， 并给底图添加了标题：

  • -Bxa4g2 表示设置 X 轴（*x）的标注间隔为 4 度、网格线间隔为 2 度（a4g2*）
  • -Bya3g3 表示设置 Y 轴（*y）的标注间隔为 3 度、网格间隔为 3 度（a3g3*）
  • -BWSen 中 WSEN 分别是西南东北四个方向的英文单词首字母，用于控制四条边的属性。 大写的 WS 表示给西边和南边添加标注，而小写的 en 则表示对于东边和北边 只绘制边框但不显示标注
  • -BWSen+t"New Zealand" 中 +t 用于给整张图添加标题（*t*itle）。 由于标题 New Zealand 中含有空格，我们需要使用引号将其括起来
gmt begin NewZealandMap

gmt coast -JM12c -R165/180/-48/-32 -Bxa4g2 -Bya3g3 -BWSen+t"New Zealand" -W0.5p -A10000

gmt end show

线性坐标轴

GMT 最擅长绘制地图，同时也适合绘制最简单的线性坐标轴。同样的，要想绘制线性坐标轴， 我们依然需要使用 -R 指定坐标轴范围，使用 -B 绘制边框并指定边框和坐标轴属性， 同时，我们还需要使用 -JX 指定线性坐标轴的宽度和高度。

下面的示例中，我们使用了：

  • -JX8c/5c 表明线性坐标轴的宽度为 8 厘米，高度为 5 厘米
  • -R10/70/-4/8 表明 X 轴范围为 10 到 70，Y 轴范围为 -4 到 8
  • -Bxa10f5g10+l"X Label" 设置了 X 轴的属性， a10f5g10 分别设置了标注（*annotation）间隔为 10， 刻度（frame）间隔为 5，网格线（grid ）间隔为 10；+l"X Label"* 则为 X 轴添加了标签；对于 Y 轴同理；
gmt begin linearXY

gmt basemap -R10/70/-4/8 -JX8c/5c -Bxa10f5g10+l"X Label" -Bya4f2g2+l"Y Label" -BWSen+t"Linear X-Y Plot"

gmt end show

GMT 同样也可以绘制对数轴、指数轴以及极坐标轴，在这一节中不再介绍。

三维线性坐标轴

三维坐标轴相对于二维坐标轴多了一个 Z 轴。与二维线性坐标轴类似，我们需要针对 Z 轴 指定 Z 轴的范围、Z 轴的高度以及三维视角。

下面的命令绘制了一个三维线性坐标轴，相比于传统的二维线性坐标轴，其不同之处在于：

  • -R 选项中有 6 个数字，后面两个数字表示 Z 轴最小值和最大值
  • -JZ5c 指定了 Z 轴的高度为 5 厘米
  • -Bzaf 指定了 Z 轴的标注和刻度属性
  • -BSEwnZ+b 中 Z+b 表示绘制一条 Z 轴，并绘制出整个长方体的所有边
  • -p130/30 指定了看这个长方形的视角。130 和 30 分别为三维视角的方位角和高度角。 这个解释起来稍复杂，读者可以自己试试修改这两个参数并查看效果。方位角的取值范围 为 0 到 360 度，高度角的取值范围为 0 到 90 度。
gmt begin 3DMap

gmt basemap -R10/70/-4/8/-10/10 -JX8c/5c -JZ5c -Bxa10+lX -Bya4+lY -Bzaf+lDepth -BSEwnZ+b+t"3D Plot" -p130/30

gmt end show