使用 Cartopy 立体投影的直线穿过杆

Question

我正在使用 cartopy 生成带有立体投影的北极地图，然后在顶部绘制一条线（以显示横截面的位置）。如果我使用下面的代码，那么这条线不会沿着一条直线穿过极点，而是沿着一条纬线。

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

x=[180,0]
y=[50,50]
ax = plt.axes(projection=ccrs.NorthPolarStereo())
ax.set_extent([0, 360, 50, 90], crs=ccrs.PlateCarree())
ax.plot(x,y,transform=ccrs.PlateCarree())
plt.gca().stock_img()
plt.gca().coastlines()
plt.show()

为了解决这个问题，我必须将 x 和 y 更改为：

x=[180,180,0,0]
y=[50,90,90,50]

所以在北极有两个数据点。有没有更好的解决方案？

编辑：附上图片

谢谢，

提姆

Answer 1

我认为您在绘制此部分时需要使用大地变换而不是 Plate Carree：

<!-- language: lang-py -->

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

x=[180,0]
y=[50,50]
ax = plt.axes(projection=ccrs.NorthPolarStereo())
ax.set_extent([0, 360, 50, 90], crs=ccrs.PlateCarree())
ax.plot(x,y,transform=ccrs.Geodetic())
ax.stock_img()
ax.coastlines()
plt.show()

结果如下：

我认为无论如何这是处理这个问题的正确方法！

安德鲁

Answer 2

@ajdawson 的回答是正确的。在这种情况下，使用 Geodetic 变换就可以解决问题。

要了解线条与预期不符的原因，我们需要了解 PlateCarree 变换所代表的含义。

首先，让我们观察使用 Cartopy 在transform=<projection> 表单中绘制的所有线都应该通过相同的地理点，而与绘制线的投影无关。

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


def main():

    x=[180, 180, 0, 0]
    y=[50, 90, 90, 50]

    # plot2 - North Polar Stereographic
    ax = plt.subplot(211, projection=ccrs.NorthPolarStereo())
    ax.set_extent([0, 360, 50, 90], crs=ccrs.PlateCarree())

    ax.plot(x, y, transform=ccrs.PlateCarree(), color='red', lw=2)

    ax.stock_img()
    ax.coastlines()

    # plot2 - PlateCarree
    ax = plt.subplot(212, projection=ccrs.PlateCarree(central_longitude=45))
    ax.set_extent([0, 360, -45, 90], crs=ccrs.PlateCarree())

    ax.plot(x, y, transform=ccrs.PlateCarree(), color='red', lw=2)

    ax.stock_img()
    ax.coastlines()

    plt.show()


if __name__ == '__main__':
    main()

所以回到在 PlateCarree 地图上绘制原始坐标（在 PlateCarree 坐标中）：

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

def main():

    x=[180, 0]
    y=[50, 50]

    ax = plt.axes(projection=ccrs.PlateCarree(central_longitude=45))
    ax.set_extent([0, 360, -45, 90], crs=ccrs.PlateCarree())

    ax.plot(x, y, transform=ccrs.PlateCarree(), color='red', lw=2)

    ax.stock_img()
    ax.coastlines()
    plt.tight_layout()
    plt.show()

if __name__ == '__main__':
    main()

你会发现这条线和你原来问题中的坏线穿过了相同的地理点。

这应该让您满意，Cartopy 的行为是合理的，它不是错误，但它不能回答关于 如何 绘制所需线条的问题。

@ajdawson 已经说过，在你的情况下，画线：

plt.plot([180, 0], [50, 50] , transform=ccrs.Geodetic())

将产生所需的输出。

这是因为大地坐标参考系统在地球上绘制了两点之间最短距离的线。但是，会有一个纬度，当穿过北极时，它不会提供最短距离：

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

def main():

    ax = plt.axes(projection=ccrs.PlateCarree(central_longitude=45))
    ax.set_global()

    ax.plot([180, 0], [20, 20], transform=ccrs.Geodetic(), color='red', lw=2, label='Latitude = 20')
    ax.plot([180, 0], [0, 0], transform=ccrs.Geodetic(), color='blue', lw=2, label='Latitude = 0')
    ax.plot([180, 0], [-20, -20], transform=ccrs.Geodetic(), color='yellow', lw=2, label='Latitude = -20')

    ax.outline_patch.set_zorder(2)
    plt.legend(loc=8, bbox_to_anchor=(0.65, -0.2), shadow=True, fancybox=True)

    ax.stock_img()
    ax.coastlines()
    plt.tight_layout()
    plt.show()

if __name__ == '__main__':
    main()

一般来说，如果你想画一条总是穿过北极的大地线，那么北极应该是这条线的坐标之一。

plt.plot([180, 0, 0], [-45, 90, -45] , transform=ccrs.Geodetic())

最后，只是为了把它混在一起，如果你只是想要一条穿过北极的北极立体投影中的垂直线，那么值得记住存在笛卡尔坐标系（其中值得记住数字不是纬度和经度），所以只需这样做：

ax = plt.axes(projection=ccrs.NorthPolarStereo())
plt.axvline()

也可以解决问题！ （但不如大地测量方法可移植）

哇，我的回答太长了。我希望你仍然和我在一起，这会让整个 PlateCarree 的事情变得更加清晰！