电离层TEC地图中添加晨昏线/昼夜转换线

在空间天气和电离层研究中电离层总电子含量Total Electron Content, TEC是描述电离层特性的重要参数。TEC地图通常展示全球或区域范围内的电子总密度含量但电离层的特性在昼夜之间会有显著变化。在TEC地图中添加昼夜转换线terminator能够直观地展示日-夜边界帮助我们理解太阳光照对电离层的影响。主要用到Cartopy的Nightshade功能from cartopy.feature.nightshade import Nightshade night_shade Nightshade(target_time, alpha0.15, edgecolornone) ax.add_feature(night_shade)Cartopy 中的Nightshade功能是用于在地图上绘制夜晚区域的阴影效果通常用于可视化全球的昼夜分界线。以下是其主要特性和使用方法主要功能昼夜阴影根据给定的日期和时间在地图上绘制出夜晚区域即太阳照射不到的区域。可自定义时间可以指定具体的日期和时间计算对应时刻的昼夜分界。视觉效果通常以半透明的深色阴影表示夜晚使地图更具时空感。完整代码如下# -*- coding: utf-8 -*- PLOT GIM TEC author: OMEGA import xarray as xr import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import cartopy.crs as ccrs import cartopy.feature as cfeature # from cartopy.mpl.gridliner import LONGITUDE_FORMATTER, LATITUDE_FORMATTER from datetime import datetime import os from cartopy.feature.nightshade import Nightshade plt.rcParams[font.sans-serif] [SimHei, Microsoft YaHei, DejaVu Sans] plt.rcParams[axes.unicode_minus] False # 解决负号显示问题 def plot_tec_with_contour(nc_file_path, target_time, output_pathNone): 使用等高线方式显示TEC分布 ds xr.open_dataset(nc_file_path) if isinstance(target_time, str): target_time datetime.strptime(target_time, %Y-%m-%d %H:%M:%S) tec_data ds[tec].sel(timetarget_time, methodnearest) tec_values tec_data.values actual_time tec_data.time.values # 创建图形 fig plt.figure(figsize(16, 9)) ax plt.axes(projectionccrs.PlateCarree()) # 地图要素 ax.add_feature(cfeature.COASTLINE, linewidth0.6) ax.add_feature(cfeature.BORDERS, linewidth0.3) ax.add_feature(cfeature.OCEAN, colorlightblue, alpha0.2) # 经纬度网格 lon ds.longitude.values lat ds.latitude.values lon_grid, lat_grid np.meshgrid(lon, lat) # 绘制等高线 levels np.linspace(0, 120, 41) # 0-50 TECU分20个等级 contour ax.contourf(lon_grid, lat_grid, tec_values, levelslevels, cmapjet, transformccrs.PlateCarree(), extendboth) # 添加等高线标签 ax.contour(lon_grid, lat_grid, tec_values, levelslevels[::6], colorsblack, linewidths0.5, transformccrs.PlateCarree()) # 颜色条 cbar plt.colorbar(contour, axax, orientationvertical, shrink0.65, pad0.02) cbar.set_label(TEC (TECU), fontsize12, fontnametimes new roman) # 添加昼夜阴影 night_shade Nightshade(target_time, alpha0.2, edgecolornone) ax.add_feature(night_shade) # 网格线 gl ax.gridlines(draw_labelsTrue, alpha0.5) gl.top_labels gl.right_labels False # 标题 time_str np.datetime_as_string(actual_time, units) ax.set_title(fglobal TEC map {time_str}, fontsize14, fontnametimes new roman) ax.set_global() if output_path: plt.savefig(output_path, dpi200, bbox_inchestight) print(f等高线图已保存: {output_path}) plt.show() ds.close() if __name__ __main__: # 直接指定时间 nc_file r.\UPC_GIM_TEC_2024.nc target_time datetime(2024, 3, 24, 4, 15, 0) time_str target_time.strftime(%Y%m%dT%H%M%S) # 检查文件是否存在 if not os.path.exists(nc_file): print(f文件 {nc_file} 不存在) else: # 绘制TEC地图 plot_tec_with_contour( nc_file_pathnc_file, target_timetarget_time, output_pathfglobal_tec_{time_str}.png ) print(\n程序执行完成)最终效果如下注意事项依赖库确保已安装cartopy和matplotlib。日期处理datetime对象应使用 UTC 时间或自行处理时区转换。地图投影Nightshade会自动适配地图的投影方式但某些极端投影如极地投影可能需要调整参数。