基于开源QGIS软件绘制气温空间分布图的方法

段晓梅

(内蒙古自治区气象信息中心，内蒙古 呼和浩特 010000)

地理信息系统(Geographic Information System或Geo-Information system，GIS)有时又称为“地学信息系统”，是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统[1]。空间分析能力是GIS的主要功能，也是GIS与计算机制图软件相区别的主要特征[2]。空间分析技术与许多学科有联系，其中就包括气象学，而气象数据是来自空间离散分布的气象台站，反映的是气候条件在特定地点随时间发生的变化。单独采用时间序列分析具有局限性，时空数据特征分析对于充分利用气象观测数据就显得尤为重要[3]。笔者将基于QGIS软件，介绍如何简单、快速的绘制气温空间分布图，直观地显示气温空间分布特征。

1 QGIS简介

QGIS(原称Quantum GIS)是一个自由软件的开源桌面GIS软件，可运行在Windows、Linux、Mac OSX等平台之上。QGIS是基于跨平台的图形工具Qt软件包、使用C++开发的跨平台开源版桌面地理信息系统，支持多种GIS数据文件格式，通过GDAL/OGR扩展可以支持多达几十种数据格式，支持PostGIS数据库，支持从WMS、WFS服务器中获取数据，集成了Grass的部分功能，还支持对GIS数据的基本操作、通过插件的形式支持功能的扩展[4]，QGIS的目标是成为一个使用简单的GIS软件，提供了常见的功能与图征。借着核心图征提供基本功能与附加组件(Python或C++)持续地扩充，让使用者可以浏览、管理、编辑、分析数据以及制图。其最大特点在于界面友好，安装简单，无须授权，拥有广大的用户群。

2 数据来源

笔者使用的气温数据为内蒙古自治区气象局提供的119个国家站经质量控制后的日平均气温，时间为2021年7月1日，数据结构包含经纬度信息。

3 制图方法

3.1 导入边界层

打开QGIS软件，在工具栏单击【Layer】-【Add layer】-【Add vector later】，数据类型选择文件，数据集选择内蒙古地区Shp类型的边界文件，成功导入后，在图层属性里选择【Single symbol】，设置Simple fil为透明填充，线宽为0.3。

3.2 导入数据

在工具栏单击【Layer】-【Add layer】-【Add Delimited Text】，选择CSV数据格式文件，在【Point coordinates】中定义【X filed】为经度，【Y filed】为纬度，几何坐标参考系选择默认EPSG：4326 WGS 84。确定后生成了一个新的点坐标图层，效果如图1所示。

图1 带有边界线的点数据分布

3.3 反距离权重插值

调出QGIS工具箱,对图1的点数据进行面状化处理，单击【Interpolation】模块的下拉箭头，点击【IDW interpolation】。在弹出的插值窗口中设置矢量图层为导入的气温数据图层，插值属性选择温度，距离系数默认为2，处理范围选择和内蒙古边界一致，在输出的栅格大小面板中，设置横纵坐标和纵坐标像素大小，该值是输出网格中每个像素的大小，文中设置为0.01(见图2)。点击运行，便可得到经过反距离插值法计算处理过的气温图(见图3)。

3.4 利用掩膜工具裁剪

经插值过后的图层是1 594行×2 980列的网格数据，需要裁剪成与底图一致，在工具栏或者工具箱里单击【Raster】-【Extraction】-【Clip Raster by Mask layer】，输入图层选择插值后的图层，掩膜图层选择与内蒙古边界一致，目标坐标参考系选择默认EPSG：4 326 WGS 84(见图4)，点击运行，便可得到与内蒙古边界一致的插值效果图。

图2 反距离权重插值参数设置

图3 反距离权重插值后效果

图4 掩膜参数设置

3.5 美化矢量数据

在Layer面板中选中裁剪后的数据层，右键选择【Properties】，在弹出的对话框中左侧选择【Symboloby】，设置【Render type】为【Singleband pseudocolor】，在【Color ramp】里选择填充色带，点击【Classify】，系统会自动对数据等级进行颜色分类，用户可根据自己的需要修改每一级的数据范围、颜色、标签等。

3.6 创建打印布局

在输出图形前，在【Projection】里点击【New print layout】,进一步设置图形的经纬度、边框等。在打印布局页面点击左侧工具栏【Adds a new Map to the Layout】添加底图，点击【Add ltem】添加指南针、图例等要素。点击【Item Properties】-【Grid】添加经纬度网格，修改网格参数(见图5)。

图5 经纬度网格参数设置

最后，点击【Layout】-【Export as emage】输出图形，输出格式可选择PNG、JPG或BMP等格式，输出图像分辨率设置为300 dpi。图6为最终绘制的日平均气温分布图。

图6 内蒙古2021年7月1日平均气温分布

4 结束语

文章以2021年7月1日内蒙古地区119个国家站的日平均气温数据为样本，基于QGIS软件平台，通过反距离权重插值法计算栅格大小，利用掩膜工具裁剪成与边界底图一致，再将计算所得的气温进行分级，并用不同颜色渲染，形成直观地气温空间分布地图。本文使用的方法也可以作为其他气象要素图的绘制方法，简单易行，图形精确、美观。