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电离层TEC地图中添加晨昏线/昼夜转换线

news 2026/6/18 22:32:55

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, alpha=0.15, edgecolor='none') 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_path=None): """ 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(time=target_time, method='nearest') tec_values = tec_data.values actual_time = tec_data.time.values # 创建图形 fig = plt.figure(figsize=(16, 9)) ax = plt.axes(projection=ccrs.PlateCarree()) # 地图要素 ax.add_feature(cfeature.COASTLINE, linewidth=0.6) ax.add_feature(cfeature.BORDERS, linewidth=0.3) ax.add_feature(cfeature.OCEAN, color='lightblue', alpha=0.2) # 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, levels=levels, cmap='jet', transform=ccrs.PlateCarree(), extend='both') # 添加等高线标签 ax.contour(lon_grid, lat_grid, tec_values, levels=levels[::6], colors='black', linewidths=0.5, transform=ccrs.PlateCarree()) # 颜色条 cbar = plt.colorbar(contour, ax=ax, orientation='vertical', shrink=0.65, pad=0.02) cbar.set_label('TEC (TECU)', fontsize=12, fontname='times new roman') # 添加昼夜阴影 night_shade = Nightshade(target_time, alpha=0.2, edgecolor='none') ax.add_feature(night_shade) # 网格线 gl = ax.gridlines(draw_labels=True, alpha=0.5) gl.top_labels = gl.right_labels = False # 标题 time_str = np.datetime_as_string(actual_time, unit='s') ax.set_title(f'global TEC map @ {time_str}', fontsize=14, fontname='times new roman') ax.set_global() if output_path: plt.savefig(output_path, dpi=200, bbox_inches='tight') 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_path=nc_file, target_time=target_time, output_path=f"global_tec_{time_str}.png" ) print("\n程序执行完成！")

最终效果如下：