基于開源QGIS軟件繪制氣溫空間分布圖的方法

段曉梅

(內蒙古自治區氣象信息中心，內蒙古 呼和浩特 010000)

地理信息系統(Geographic Information System或Geo-Information system，GIS)有時又稱為“地學信息系統”，是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統[1]。空間分析能力是GIS的主要功能，也是GIS與計算機制圖軟件相區別的主要特征[2]。空間分析技術與許多學科有聯系，其中就包括氣象學，而氣象數據是來自空間離散分布的氣象臺站，反映的是氣候條件在特定地點隨時間發生的變化。單獨采用時間序列分析具有局限性，時空數據特征分析對于充分利用氣象觀測數據就顯得尤為重要[3]。筆者將基于QGIS軟件，介紹如何簡單、快速的繪制氣溫空間分布圖，直觀地顯示氣溫空間分布特征。

1 QGIS簡介

QGIS(原稱Quantum GIS)是一個自由軟件的開源桌面GIS軟件，可運行在Windows、Linux、Mac OSX等平臺之上。QGIS是基于跨平臺的圖形工具Qt軟件包、使用C++開發的跨平臺開源版桌面地理信息系統，支持多種GIS數據文件格式，通過GDAL/OGR擴展可以支持多達幾十種數據格式，支持PostGIS數據庫，支持從WMS、WFS服務器中獲取數據，集成了Grass的部分功能，還支持對GIS數據的基本操作、通過插件的形式支持功能的擴展[4]，QGIS的目標是成為一個使用簡單的GIS軟件，提供了常見的功能與圖征。借著核心圖征提供基本功能與附加組件(Python或C++)持續地擴充，讓使用者可以瀏覽、管理、編輯、分析數據以及制圖。其最大特點在于界面友好，安裝簡單，無須授權，擁有廣大的用戶群。

2 數據來源

筆者使用的氣溫數據為內蒙古自治區氣象局提供的119個國家站經質量控制后的日平均氣溫，時間為2021年7月1日，數據結構包含經緯度信息。

3 制圖方法

3.1 導入邊界層

打開QGIS軟件，在工具欄單擊【Layer】-【Add layer】-【Add vector later】，數據類型選擇文件，數據集選擇內蒙古地區Shp類型的邊界文件，成功導入后，在圖層屬性里選擇【Single symbol】，設置Simple fil為透明填充，線寬為0.3。

3.2 導入數據

在工具欄單擊【Layer】-【Add layer】-【Add Delimited Text】，選擇CSV數據格式文件，在【Point coordinates】中定義【X filed】為經度，【Y filed】為緯度，幾何坐標參考系選擇默認EPSG：4326 WGS 84。確定后生成了一個新的點坐標圖層，效果如圖1所示。

圖1 帶有邊界線的點數據分布

3.3 反距離權重插值

調出QGIS工具箱,對圖1的點數據進行面狀化處理，單擊【Interpolation】模塊的下拉箭頭，點擊【IDW interpolation】。在彈出的插值窗口中設置矢量圖層為導入的氣溫數據圖層，插值屬性選擇溫度，距離系數默認為2，處理范圍選擇和內蒙古邊界一致，在輸出的柵格大小面板中，設置橫縱坐標和縱坐標像素大小，該值是輸出網格中每個像素的大小，文中設置為0.01(見圖2)。點擊運行，便可得到經過反距離插值法計算處理過的氣溫圖(見圖3)。

3.4 利用掩膜工具裁剪

經插值過后的圖層是1 594行×2 980列的網格數據，需要裁剪成與底圖一致，在工具欄或者工具箱里單擊【Raster】-【Extraction】-【Clip Raster by Mask layer】，輸入圖層選擇插值后的圖層，掩膜圖層選擇與內蒙古邊界一致，目標坐標參考系選擇默認EPSG：4 326 WGS 84(見圖4)，點擊運行，便可得到與內蒙古邊界一致的插值效果圖。

圖2 反距離權重插值參數設置

圖3 反距離權重插值后效果

圖4 掩膜參數設置

3.5 美化矢量數據

在Layer面板中選中裁剪后的數據層，右鍵選擇【Properties】，在彈出的對話框中左側選擇【Symboloby】，設置【Render type】為【Singleband pseudocolor】，在【Color ramp】里選擇填充色帶，點擊【Classify】，系統會自動對數據等級進行顏色分類，用戶可根據自己的需要修改每一級的數據范圍、顏色、標簽等。

3.6 創建打印布局

在輸出圖形前，在【Projection】里點擊【New print layout】,進一步設置圖形的經緯度、邊框等。在打印布局頁面點擊左側工具欄【Adds a new Map to the Layout】添加底圖，點擊【Add ltem】添加指南針、圖例等要素。點擊【Item Properties】-【Grid】添加經緯度網格，修改網格參數(見圖5)。

圖5 經緯度網格參數設置

最后，點擊【Layout】-【Export as emage】輸出圖形，輸出格式可選擇PNG、JPG或BMP等格式，輸出圖像分辨率設置為300 dpi。圖6為最終繪制的日平均氣溫分布圖。

圖6 內蒙古2021年7月1日平均氣溫分布

4 結束語

文章以2021年7月1日內蒙古地區119個國家站的日平均氣溫數據為樣本，基于QGIS軟件平臺，通過反距離權重插值法計算柵格大小，利用掩膜工具裁剪成與邊界底圖一致，再將計算所得的氣溫進行分級，并用不同顏色渲染，形成直觀地氣溫空間分布地圖。本文使用的方法也可以作為其他氣象要素圖的繪制方法，簡單易行，圖形精確、美觀。