matplotlib - 在 cartopy 中设置跨越日期变更线的地图

Question

我收到了以下电子邮件，并希望确保每个人都能获得此问题的答案：

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你好，

我想使用 cartopy 设置一个简单的纬度经度图，它穿过日期变更线，左侧显示东亚，右侧显示北美西部。以下谷歌地图大致是我所追求的：

https://maps.google.co.uk/?ll=56.559482,-175.253906&spn=47.333523,133.066406&t=m&z=4

这可以用 Cartopy 完成吗？

Answer 1

好问题。这可能会一次又一次地出现，所以在实际回答您的具体问题之前，我将逐步完成。为了将来参考，以下示例是使用 cartopy v0.5 编写的。

首先，重要的是要注意默认的“纬度经度”（或更技术上是 PlateCarree）投影在 -180 到 180 的正向范围内工作。这意味着您无法绘制超出此范围的标准 PlateCarree 投影。这有几个很好的原因，其中大部分归结为这样一个事实，即在投影矢量和栅格（例如简单的海岸线）时，cartopy 必须做更多的工作。不幸的是，您尝试制作的情节正是需要此功能。为了将此限制放入图片中，默认的 PlateCarree 投影如下所示：

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt

proj = ccrs.PlateCarree(central_longitude=0)

ax1 = plt.axes(projection=proj)
ax1.stock_img()
plt.title('Global')

plt.show()

您可以在此地图上绘制的任何单个矩形都可以合法地放大区域（这里有一些更高级的代码，但图片值 1000 字）：

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
import shapely.geometry as sgeom

box = sgeom.box(minx=-90, maxx=45, miny=15, maxy=70)
x0, y0, x1, y1 = box.bounds

proj = ccrs.PlateCarree(central_longitude=0)

ax1 = plt.subplot(211, projection=proj)
ax1.stock_img()
ax1.add_geometries([box], proj, facecolor='coral', 
                   edgecolor='black', alpha=0.5)
plt.title('Global')

ax2 = plt.subplot(212, projection=proj)
ax2.stock_img()
ax2.set_extent([x0, x1, y0, y1], proj)
plt.title('Zoomed in area')

plt.show()

不幸的是，您想要的绘图需要 2 个具有此投影的矩形：

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
import shapely.geometry as sgeom

box = sgeom.box(minx=120, maxx=260, miny=15, maxy=80)

proj = ccrs.PlateCarree(central_longitude=0)

ax1 = plt.axes(projection=proj)
ax1.stock_img()
ax1.add_geometries([box], proj, facecolor='coral', 
                   edgecolor='black', alpha=0.5)
plt.title('Target area')

plt.show()

因此，无法使用标准 PlateCarree 定义绘制跨越日期变更线的地图。相反，我们可以更改 PlateCarree 定义的中心经度，以允许在我们的目标区域中绘制一个框：

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
import shapely.geometry as sgeom

box = sgeom.box(minx=120, maxx=260, miny=15, maxy=80)
x0, y0, x1, y1 = box.bounds

proj = ccrs.PlateCarree(central_longitude=180)
box_proj = ccrs.PlateCarree(central_longitude=0)

ax1 = plt.subplot(211, projection=proj)
ax1.stock_img()
ax1.add_geometries([box], box_proj, facecolor='coral', 
                   edgecolor='black', alpha=0.5)
plt.title('Global')

ax2 = plt.subplot(212, projection=proj)
ax2.stock_img()
ax2.set_extent([x0, x1, y0, y1], box_proj)
plt.title('Zoomed in area')

plt.show()

希望这向您展示了实现目标地图必须做的事情，上面的代码可能有点复杂，以实现您的目标，所以稍微简化一下，我编写的用于生成您想要的绘图的代码将类似于：

import cartopy.feature
import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt    

ax = plt.axes(projection=ccrs.PlateCarree(central_longitude=180))
ax.set_extent([120, 260, 15, 80], crs=ccrs.PlateCarree())

# add some features to make the map a little more polished
ax.add_feature(cartopy.feature.LAND)
ax.add_feature(cartopy.feature.OCEAN)
ax.coastlines('50m')

plt.show()

这是一个很长的答案，希望我不仅回答了这个问题，而且使地图制作和地图绘制的一些更复杂的细节更加清晰，以帮助解决您未来可能遇到的任何问题。

干杯，

Answer 2

有关上述benjimin评论的更多详细信息，

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import cartopy.crs as ccrs
from cartopy.mpl.gridliner import LONGITUDE_FORMATTER, LATITUDE_FORMATTER
from matplotlib.ticker import AutoMinorLocator, FixedLocator, MultipleLocator

def map_common(ax1,gl_loc=[True,True,False,True],gl_lon_info=range(-180,180,60),gl_dlat=30):

    ax1.coastlines(color='silver',linewidth=1.)

    gl = ax1.gridlines(crs=ccrs.PlateCarree(), draw_labels=True,
                       linewidth=0.6, color='gray', alpha=0.5, linestyle='--')

    gl.ylabels_left = gl_loc[0]
    gl.ylabels_right = gl_loc[1]
    gl.xlabels_top = gl_loc[2]
    gl.xlabels_bottom = gl_loc[3]

    gl.xlocator = FixedLocator(gl_lon_info)
    gl.ylocator = MultipleLocator(gl_dlat)
    gl.xformatter = LONGITUDE_FORMATTER
    gl.yformatter = LATITUDE_FORMATTER
    gl.xlabel_style = {'size': 11, 'color': 'k'}
    gl.ylabel_style = {'size': 11, 'color': 'k'}


lon_boundary=np.arange(-240,-60,1.)
lat_boundary=np.arange(15,75,1.)
data=np.ones([lat_boundary.shape[0]-1,lon_boundary.shape[0]-1]) ## Data dimension is 1 less than boundaries
data=data*lat_boundary[:-1,None]

lon_offset=-150  ##
x,y=np.meshgrid(lon_boundary-lon_offset,lat_boundary)

fig=plt.figure()
fig.set_size_inches(7.5,5) ## (xsize, ysize)
ax1=fig.add_subplot(111,projection=ccrs.PlateCarree(central_longitude=lon_offset))
ax1.set_extent([-250,-50,10,80],crs=ccrs.PlateCarree())

props=dict(vmin=0,vmax=90,cmap=plt.cm.get_cmap('bone'),alpha=0.8)
cs=ax1.pcolormesh(x,y,data,**props)
ax1.set_title('Lon_Offset=-90')
map_common(ax1,gl_lon_info=[-180,-120,-60,120,],gl_dlat=15)

fnout='./map_over_dateline.png'
#plt.show()
plt.savefig(fnout,bbox_inches='tight',dpi=150)

该程序的输出