R语言：填色等值线图及其色标（color bar）设置

来源：互联网发布：天气软件找不到列治文编辑：程序博客网时间：2024/06/06 04:16

更多填色等值线图的绘制请参考R语言：如何在一张图上画多个填色等值线图

　　在气象数据分析中，经常用填色等值线图来表现气象要素的空间分布特点，例如下图中给出了1997年12月的海表温度异常（SSTA）的空间分布情况：

　　在R语言中，这种图可以使用filled.contour函数绘制：

　　filled.contour( x = seq(0, 1, length.out = nrow(z)),

　　　　　　 y = seq(0, 1, length.out =ncol(z)),

　　　　　　 xlim = range(x, finite = TRUE),

　　　　　　 ylim = range(y, finite = TRUE),

　　　　　　 zlim = range(z, finite = TRUE),

　　　　　　 levels = pretty(zlim, nlevels), nlevels = 20,

　　　　　　 color.palette = cm.colors,

　　　　　　 col = color.palette(length(levels) - 1),

　　　　　　 plot.title, plot.axes, key.title,key.axes,

　　　　　　 asp = NA, xaxs = "i", yaxs = "i", las = 1,

　　　　　　 axes = TRUE, frame.plot = axes, ...)

　　其主要参数如下：

　　z即为将要呈现的数据，其须是数值型（numeric）的矩阵格式（matrix）；

　　x和y分别是X轴和Y轴的格点刻度，注意x和y的长度必须与z的维度相匹配，且x和y序列必须为升序排列；

　　xlim，ylim和zlim分别是绘图中最终显示出来的x，y和z的范围；

　　levels是色标的刻度；

　　nlevels即是色标刻度的数目，也就等于levels的长度（levels和nlevels如果只设置了一个，另一个将会自动生成）；

　　color.palette是调色板函数，默认值为浅蓝洋红色系；

　　col即是色标上显示的不同颜色，若col未人工设置，将根据levels，nlevels以及color.palette自动生成；

　　plot.title和plot.axes用于调整主图的标题和坐标轴刻度；

　　key.title和key.axes用于调整色标的标题和刻度；

　　asp是指作图的高宽比（y/x）；

　　xaxs和yaxs分别是X轴和Y轴的刻度线类型；

　　las指坐标轴刻度标签的文字书写方向，默认值为1，表示刻度标签从左到右横向书写。

　　filled.contour函数最少只需数据z即可绘制，我们以1997年12月的SSTA数据为例（数据的读取可参考NC数据的读写），代码和结果如下图：

z <- ssta_1997_12filled.contour(z = z)

　　更加细致的绘图需要设定更多的参数：

x <- seq(from = 98.5, to = 288.5, by =1)y <- seq(from = -20.5, to = 20.5, by =1)z <- sst_a[, 42:1, 12, 17]levels <- seq(-6, 6, 1)filled.contour(x = x, y = y, z = z, levels= levels,               las = 1,               plot.title = title(main ="Dec 1997", cex.main = 2),               plot.axes = list(axis(1,seq(100, 160, by = 20), c('100E', NA, '140E', NA)),                                axis(1, 180,180),                                axis(1,seq(200, 280, by = 20), c(NA, '140W', NA, '100W', NA)),                                axis(2,seq(-20, 20, by = 10), c('20S', '10S', 'Eq', '10N', '20N'))),               key.title = title(main ='degC'))

　　然而浅蓝洋红色系给出的对比效果并不明显，如需提高对比度则应调整调色板函数。

　　R语言自带了5种连续型色彩渐变调色板函数：

　　rainbow

　　heat.colors

　　terrain.colors

　　topo.colors

　　cm.colors

　　其中cm.colors即是filled.contour中默认使用的浅蓝洋红色系调色板。

　　接下来我们看一下各个色系的颜色：

## plot_col函数用来显示不同调色板下的色彩变化plot_col <- function (nlev, col) { plot(x = c(1, (nlev + 1)), y = c(1, 2),      xaxs = 'i', yaxs = 'i', xaxt = 'n', yaxt = 'n', type = 'n', ann = F) rect(xleft = 1:nlev,      ybottom = rep(0, (nlev + 1)),      xright = 2:(nlev + 1),      ytop = rep(2, (nlev + 1)),      col = col, border = 1) par(new = T) plot(x = c(1, (nlev + 1)), y = c(1, 2),      xaxs = 'i', yaxs = 'i', xaxt = 'n', yaxt = 'n', type = 'n', ann = F)}nlev <- 12col <- cm.colors(nlev)plot_col(nlev, col)

col <- heat.colors(nlev)plot_col(nlev, col)

col <- terrain.colors(nlev)plot_col(nlev, col)

col <- topo.colors(nlev)plot_col(nlev, col)

col <- rainbow(nlev)plot_col(nlev, col)

　　如果需要其他色系的调色板，比如文章开头给出的红蓝色系，则可以使用colorRampPalette函数定制。

　　colorRampPalette ( colors, bias = 1, space= c("rgb", "Lab"),

　　　　　　　 interpolate =c("linear", "spline"), alpha = FALSE)

　　其最主要的参数colors是要生成的调色板色系的基础颜色（需是颜色名称或颜色十六进制编码），以文章开头的红蓝色系为例：

colors <- c('blue', "white",'red')RB <- colorRampPalette(colors = colors)col <- RB(nlev)plot_col(nlev, col)

　　其余参数则对颜色渐变的方式做出调整，

　　bias取值需大于0，当其大于1时，生成的颜色中趋向于colors参数中后部的颜色更多，小于1时，生成的颜色中趋向于colors参数中前部的颜色更多；

　　space和interpolate表示不同的颜色生成方式和插值方式；

　　alpha调节透明度。

　　将filled.contour中的color.palette参数改为刚才我们利用colorRampPalette函数生成的红白色系调色板R函数即可得到文章开头的填色等值线图。

filled.contour(x = x, y = y, z = z, levels= levels,               color.palette = RB,                las = 1,               plot.title = title(main ="Dec 1997", cex.main = 2),               plot.axes = list(axis(1,seq(100, 160, by = 20), c('100E', NA, '140E', NA)),                                axis(1, 180,180),                                axis(1,seq(200, 280, by = 20), c(NA, '140W', NA, '100W', NA)),                                axis(2,seq(-20, 20, by = 10), c('20S', '10S', 'Eq', '10N', '20N'))),               key.title = title(main ='degC'))

　　如果在设置colorRampPalette的colors参数时不知道颜色的名称，也可以采用十六进制颜色编码，颜色编码可以通过rgb函数获得，例如，红色的编码：

　　其中红色的rgb值（255, 0, 0）既可以从网上搜索，也可以使用QQ或微信截图获得，具体操作方式是，在QQ或微信截图界面下，将鼠标移至某色块上，即自动出现该色块的rgb值。

更多填色等值线图的绘制请参考R语言：如何在一张图上画多个填色等值线图

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