带起点的流线图的Cartopy Platecarree和正射投影问题

问题描述

我想使用matplotlib函数{在板斜角（lon-lat）和正投影中绘制速度场（u，v）作为（经度，纬度）作为流图的函数。 {3}}和plt.streamplot。我希望固定流图的起点，因为我最终希望创建一些动画，这些动画在球体上旋转，并且流线“固定”在某处。但是，我在这些预测上遇到了许多问题，下面将对此进行详细介绍。

我使用以下软件包版本：Python 3.7.6，matplotlib 3.2.2，cartopy 0.18.0

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一个“最小”示例，该示例创建带有和不带有上述投影起点的流线图。

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

# define longitude and latitude grids
nlon,nlat = 48,24
dlon,dlat = 7.5,7.5
lons = np.linspace(-180+dlon,180,nlon)
lats = np.linspace(-90,90-dlat,nlat)

# define random veLocity fields
np.random.seed(999)
u = np.random.rand(nlat,nlon)
v = np.random.rand(nlat,nlon)

# get indices of latitudes north of the equator and longitudes within +/- 90 deg
ilat_north = np.where(lats >= 0)[0]
ilon = np.where(np.abs(lons) <= 90)[0]

# create a list of 5 starting points at varIoUs latitudes aligned at a longitude of 0 deg
start_points = list(zip(list(np.linspace(0,5)),list(np.linspace(0,80,5))))

# output plot directory and whether plots should be saved
plot_dir = '/home/proxauf/test_streamplot_cartopy'
save_plots = True

def plot_streamplot(mode,start_points=None,figtitle=None,outname=None,save_plot=False):

    fig = plt.figure()
    if mode == 'mpl-platecarree':
        # a Plate-Carree projection without cartopy (directly using matplotlib)
        ax = plt.gca()
        ax.streamplot(lons,lats[ilat_north],u[ilat_north,:],v[ilat_north,start_points=start_points)
    elif 'cartopy' in mode:
        if mode == 'cartopy-platecarree':
            # a Plate-Carree projection with cartopy
            ax = plt.subplot(projection=ccrs.PlateCarree())
            ax.streamplot(lons,start_points=start_points,transform=ccrs.PlateCarree())
        elif mode == 'cartopy-orthographic0':
            # an orthographic projection with a latitudinal inclination of 0 deg with cartopy
            # restrict longitudes to +/- 90 deg,otherwise an error occurs (outside of projection area)
            ax = plt.subplot(projection=ccrs.Orthographic(central_longitude=0,central_latitude=0))
            ax.streamplot(lons[ilon],u[ilat_north[:,None],ilon[None,:]],v[ilat_north[:,transform=ccrs.PlateCarree())
        if mode == 'cartopy-orthographic90':
            # an orthographic projection with a latitudinal inclination of 90 deg with cartopy
            ax = plt.subplot(projection=ccrs.Orthographic(central_longitude=0,central_latitude=90))
            ax.streamplot(lons,transform=ccrs.PlateCarree())
    if 'platecarree' in mode:
        ax.set_xlim(-180,180)
        ax.set_ylim(-90,90)
    ax.set_aspect('equal')
    if 'cartopy' in mode:
        # draw gridlines with label for visual orientation
        ax.gridlines(draw_labels=True)
    if start_points is not None:
        # plot starting points for the streamplot
        for i in start_points:
            if 'cartopy' in mode:
                ax.plot(i[0],i[1],marker='o',transform=ccrs.PlateCarree())
            else:
                ax.plot(i[0],marker='o')
    fig.suptitle(figtitle)
    if save_plot:
        # save the plot and close it
        plt.savefig('%s/%s' % (plot_dir,outname))
        plt.close()

# create and save streamplots for different projections,with and without starting points
plot_streamplot(mode='mpl-platecarree',figtitle='mpl-platecarree,without start points',outname='test_streamplot_mpl_pc_sp_no.png',save_plot=save_plots)
plot_streamplot(mode='cartopy-platecarree',figtitle='cartopy-platecarree,outname='test_streamplot_cartopy_pc_sp_no.png',save_plot=save_plots)
plot_streamplot(mode='cartopy-orthographic0',figtitle='cartopy-orthographic0,outname='test_streamplot_cartopy_ortho0_sp_no.png',save_plot=save_plots)
plot_streamplot(mode='cartopy-orthographic90',figtitle='cartopy-orthographic90,outname='test_streamplot_cartopy_ortho90_sp_no.png',save_plot=save_plots)
plot_streamplot(mode='mpl-platecarree',with start points',outname='test_streamplot_mpl_pc_sp_yes.png',outname='test_streamplot_cartopy_pc_sp_yes.png',outname='test_streamplot_cartopy_ortho0_sp_yes.png',outname='test_streamplot_cartopy_ortho90_sp_yes.png',save_plot=save_plots)

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下面是这个最小示例创建的输出。

案例1：没有起点的Mpl-Plate-Carree：效果很好：

Cartopy package

案例2：无起点的cartopy-Plate-Carree：工作正常：

情况3：无起点的cartopy-Orthographic-0：工作正常（？），但高纬度被切断了：

案例4：无起点的cartopy-Orthographic-90：工作正常：

案例5：具有起点的Mpl-Plate-Carree：效果很好：

案例6：带有起点的cartopy-Plate-Carree：未显示两个起点的两条流线：

案例7：具有起点的cartopy-Orthographic-0：未显示任何数据（没有流线，起点等）：

案例8：cartopy-Orthographic-90（具有起点）：仅显示了北半球的一部分，并且流线看起来不正确：

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摘要：案例6、7和8（cartopy Plate-Carree /正交0度倾斜/ Orthoographic 90度倾斜投影）给出了意外的，可能不正确的输出。有人可以向我解释为什么这些图看起来是这样吗？我是在误解我应该提供的输入内容吗？

小奖金问题：如果我想设置正交投影的轴限制（例如，0度倾斜度的纬度极限为[-90，+ 90]度，90度倾斜度的纬度极限为[0，+90]度，并且也包括经度限制），例如假设我只绘制30度以上的数据，这如何工作？我假设ax.set_xlim或ax.set_ylim不起作用（因为他们不知道投影）。如果需要通过

完成操作，我需要在其中设置哪些经度和纬度限制？

解决方法

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