source: lmdz_wrf/trunk/tools/skewt.py @ 2831

Last change on this file since 2831 was 1930, checked in by lfita, 6 years ago

Adding:

  • `draw_SkewT': creation of a SkewT-logP diagram using matplotlib's API example
File size: 13.1 KB
Line 
1"""
2===========================================================
3SkewT-logP diagram: using transforms and custom projections
4===========================================================
5
6This serves as an intensive exercise of matplotlib's transforms and custom
7projection API. This example produces a so-called SkewT-logP diagram, which is
8a common plot in meteorology for displaying vertical profiles of temperature.
9As far as matplotlib is concerned, the complexity comes from having X and Y
10axes that are not orthogonal. This is handled by including a skew component to
11the basic Axes transforms. Additional complexity comes in handling the fact
12that the upper and lower X-axes have different data ranges, which necessitates
13a bunch of custom classes for ticks,spines, and the axis to handle this.
14
15"""
16
17from matplotlib.axes import Axes
18import matplotlib.transforms as transforms
19import matplotlib.axis as maxis
20import matplotlib.spines as mspines
21from matplotlib.projections import register_projection
22
23
24# The sole purpose of this class is to look at the upper, lower, or total
25# interval as appropriate and see what parts of the tick to draw, if any.
26class SkewXTick(maxis.XTick):
27    def update_position(self, loc):
28        # This ensures that the new value of the location is set before
29        # any other updates take place
30        self._loc = loc
31        super(SkewXTick, self).update_position(loc)
32
33    def _has_default_loc(self):
34        return self.get_loc() is None
35
36    def _need_lower(self):
37        return (self._has_default_loc() or
38                transforms.interval_contains(self.axes.lower_xlim,
39                                             self.get_loc()))
40
41    def _need_upper(self):
42        return (self._has_default_loc() or
43                transforms.interval_contains(self.axes.upper_xlim,
44                                             self.get_loc()))
45
46    @property
47    def gridOn(self):
48        return (self._gridOn and (self._has_default_loc() or
49                transforms.interval_contains(self.get_view_interval(),
50                                             self.get_loc())))
51
52    @gridOn.setter
53    def gridOn(self, value):
54        self._gridOn = value
55
56    @property
57    def tick1On(self):
58        return self._tick1On and self._need_lower()
59
60    @tick1On.setter
61    def tick1On(self, value):
62        self._tick1On = value
63
64    @property
65    def label1On(self):
66        return self._label1On and self._need_lower()
67
68    @label1On.setter
69    def label1On(self, value):
70        self._label1On = value
71
72    @property
73    def tick2On(self):
74        return self._tick2On and self._need_upper()
75
76    @tick2On.setter
77    def tick2On(self, value):
78        self._tick2On = value
79
80    @property
81    def label2On(self):
82        return self._label2On and self._need_upper()
83
84    @label2On.setter
85    def label2On(self, value):
86        self._label2On = value
87
88    def get_view_interval(self):
89        return self.axes.xaxis.get_view_interval()
90
91
92# This class exists to provide two separate sets of intervals to the tick,
93# as well as create instances of the custom tick
94class SkewXAxis(maxis.XAxis):
95    def _get_tick(self, major):
96        return SkewXTick(self.axes, None, '', major=major)
97
98    def get_view_interval(self):
99        return self.axes.upper_xlim[0], self.axes.lower_xlim[1]
100
101
102# This class exists to calculate the separate data range of the
103# upper X-axis and draw the spine there. It also provides this range
104# to the X-axis artist for ticking and gridlines
105class SkewSpine(mspines.Spine):
106    def _adjust_location(self):
107        pts = self._path.vertices
108        if self.spine_type == 'top':
109            pts[:, 0] = self.axes.upper_xlim
110        else:
111            pts[:, 0] = self.axes.lower_xlim
112
113
114# This class handles registration of the skew-xaxes as a projection as well
115# as setting up the appropriate transformations. It also overrides standard
116# spines and axes instances as appropriate.
117class SkewXAxes(Axes):
118    # The projection must specify a name.  This will be used be the
119    # user to select the projection, i.e. ``subplot(111,
120    # projection='skewx')``.
121    name = 'skewx'
122
123    def _init_axis(self):
124        # Taken from Axes and modified to use our modified X-axis
125        self.xaxis = SkewXAxis(self)
126        self.spines['top'].register_axis(self.xaxis)
127        self.spines['bottom'].register_axis(self.xaxis)
128        self.yaxis = maxis.YAxis(self)
129        self.spines['left'].register_axis(self.yaxis)
130        self.spines['right'].register_axis(self.yaxis)
131
132    def _gen_axes_spines(self):
133        spines = {'top': SkewSpine.linear_spine(self, 'top'),
134                  'bottom': mspines.Spine.linear_spine(self, 'bottom'),
135                  'left': mspines.Spine.linear_spine(self, 'left'),
136                  'right': mspines.Spine.linear_spine(self, 'right')}
137        return spines
138
139    def _set_lim_and_transforms(self):
140        """
141        This is called once when the plot is created to set up all the
142        transforms for the data, text and grids.
143        """
144        rot = 30
145
146        # Get the standard transform setup from the Axes base class
147        Axes._set_lim_and_transforms(self)
148
149        # Need to put the skew in the middle, after the scale and limits,
150        # but before the transAxes. This way, the skew is done in Axes
151        # coordinates thus performing the transform around the proper origin
152        # We keep the pre-transAxes transform around for other users, like the
153        # spines for finding bounds
154        self.transDataToAxes = self.transScale + \
155            self.transLimits + transforms.Affine2D().skew_deg(rot, 0)
156
157        # Create the full transform from Data to Pixels
158        self.transData = self.transDataToAxes + self.transAxes
159
160        # Blended transforms like this need to have the skewing applied using
161        # both axes, in axes coords like before.
162        self._xaxis_transform = (transforms.blended_transform_factory(
163            self.transScale + self.transLimits,
164            transforms.IdentityTransform()) +
165            transforms.Affine2D().skew_deg(rot, 0)) + self.transAxes
166
167    @property
168    def lower_xlim(self):
169        return self.axes.viewLim.intervalx
170
171    @property
172    def upper_xlim(self):
173        pts = [[0., 1.], [1., 1.]]
174        return self.transDataToAxes.inverted().transform(pts)[:, 0]
175
176
177# Now register the projection with matplotlib so the user can select
178# it.
179register_projection(SkewXAxes)
180
181if __name__ == '__main__':
182    # Now make a simple example using the custom projection.
183    from matplotlib.ticker import (MultipleLocator, NullFormatter,
184                                   ScalarFormatter)
185    import matplotlib.pyplot as plt
186    from six import StringIO
187    import numpy as np
188
189    # Some examples data
190    data_txt = '''
191  978.0    345    7.8    0.8     61   4.16    325     14  282.7  294.6  283.4
192  971.0    404    7.2    0.2     61   4.01    327     17  282.7  294.2  283.4
193  946.7    610    5.2   -1.8     61   3.56    335     26  282.8  293.0  283.4
194  944.0    634    5.0   -2.0     61   3.51    336     27  282.8  292.9  283.4
195  925.0    798    3.4   -2.6     65   3.43    340     32  282.8  292.7  283.4
196  911.8    914    2.4   -2.7     69   3.46    345     37  282.9  292.9  283.5
197  906.0    966    2.0   -2.7     71   3.47    348     39  283.0  293.0  283.6
198  877.9   1219    0.4   -3.2     77   3.46      0     48  283.9  293.9  284.5
199  850.0   1478   -1.3   -3.7     84   3.44      0     47  284.8  294.8  285.4
200  841.0   1563   -1.9   -3.8     87   3.45    358     45  285.0  295.0  285.6
201  823.0   1736    1.4   -0.7     86   4.44    353     42  290.3  303.3  291.0
202  813.6   1829    4.5    1.2     80   5.17    350     40  294.5  309.8  295.4
203  809.0   1875    6.0    2.2     77   5.57    347     39  296.6  313.2  297.6
204  798.0   1988    7.4   -0.6     57   4.61    340     35  299.2  313.3  300.1
205  791.0   2061    7.6   -1.4     53   4.39    335     33  300.2  313.6  301.0
206  783.9   2134    7.0   -1.7     54   4.32    330     31  300.4  313.6  301.2
207  755.1   2438    4.8   -3.1     57   4.06    300     24  301.2  313.7  301.9
208  727.3   2743    2.5   -4.4     60   3.81    285     29  301.9  313.8  302.6
209  700.5   3048    0.2   -5.8     64   3.57    275     31  302.7  313.8  303.3
210  700.0   3054    0.2   -5.8     64   3.56    280     31  302.7  313.8  303.3
211  698.0   3077    0.0   -6.0     64   3.52    280     31  302.7  313.7  303.4
212  687.0   3204   -0.1   -7.1     59   3.28    281     31  304.0  314.3  304.6
213  648.9   3658   -3.2  -10.9     55   2.59    285     30  305.5  313.8  305.9
214  631.0   3881   -4.7  -12.7     54   2.29    289     33  306.2  313.6  306.6
215  600.7   4267   -6.4  -16.7     44   1.73    295     39  308.6  314.3  308.9
216  592.0   4381   -6.9  -17.9     41   1.59    297     41  309.3  314.6  309.6
217  577.6   4572   -8.1  -19.6     39   1.41    300     44  310.1  314.9  310.3
218  555.3   4877  -10.0  -22.3     36   1.16    295     39  311.3  315.3  311.5
219  536.0   5151  -11.7  -24.7     33   0.97    304     39  312.4  315.8  312.6
220  533.8   5182  -11.9  -25.0     33   0.95    305     39  312.5  315.8  312.7
221  500.0   5680  -15.9  -29.9     29   0.64    290     44  313.6  315.9  313.7
222  472.3   6096  -19.7  -33.4     28   0.49    285     46  314.1  315.8  314.1
223  453.0   6401  -22.4  -36.0     28   0.39    300     50  314.4  315.8  314.4
224  400.0   7310  -30.7  -43.7     27   0.20    285     44  315.0  315.8  315.0
225  399.7   7315  -30.8  -43.8     27   0.20    285     44  315.0  315.8  315.0
226  387.0   7543  -33.1  -46.1     26   0.16    281     47  314.9  315.5  314.9
227  382.7   7620  -33.8  -46.8     26   0.15    280     48  315.0  315.6  315.0
228  342.0   8398  -40.5  -53.5     23   0.08    293     52  316.1  316.4  316.1
229  320.4   8839  -43.7  -56.7     22   0.06    300     54  317.6  317.8  317.6
230  318.0   8890  -44.1  -57.1     22   0.05    301     55  317.8  318.0  317.8
231  310.0   9060  -44.7  -58.7     19   0.04    304     61  319.2  319.4  319.2
232  306.1   9144  -43.9  -57.9     20   0.05    305     63  321.5  321.7  321.5
233  305.0   9169  -43.7  -57.7     20   0.05    303     63  322.1  322.4  322.1
234  300.0   9280  -43.5  -57.5     20   0.05    295     64  323.9  324.2  323.9
235  292.0   9462  -43.7  -58.7     17   0.05    293     67  326.2  326.4  326.2
236  276.0   9838  -47.1  -62.1     16   0.03    290     74  326.6  326.7  326.6
237  264.0  10132  -47.5  -62.5     16   0.03    288     79  330.1  330.3  330.1
238  251.0  10464  -49.7  -64.7     16   0.03    285     85  331.7  331.8  331.7
239  250.0  10490  -49.7  -64.7     16   0.03    285     85  332.1  332.2  332.1
240  247.0  10569  -48.7  -63.7     16   0.03    283     88  334.7  334.8  334.7
241  244.0  10649  -48.9  -63.9     16   0.03    280     91  335.6  335.7  335.6
242  243.3  10668  -48.9  -63.9     16   0.03    280     91  335.8  335.9  335.8
243  220.0  11327  -50.3  -65.3     15   0.03    280     85  343.5  343.6  343.5
244  212.0  11569  -50.5  -65.5     15   0.03    280     83  346.8  346.9  346.8
245  210.0  11631  -49.7  -64.7     16   0.03    280     83  349.0  349.1  349.0
246  200.0  11950  -49.9  -64.9     15   0.03    280     80  353.6  353.7  353.6
247  194.0  12149  -49.9  -64.9     15   0.03    279     78  356.7  356.8  356.7
248  183.0  12529  -51.3  -66.3     15   0.03    278     75  360.4  360.5  360.4
249  164.0  13233  -55.3  -68.3     18   0.02    277     69  365.2  365.3  365.2
250  152.0  13716  -56.5  -69.5     18   0.02    275     65  371.1  371.2  371.1
251  150.0  13800  -57.1  -70.1     18   0.02    275     64  371.5  371.6  371.5
252  136.0  14414  -60.5  -72.5     19   0.02    268     54  376.0  376.1  376.0
253  132.0  14600  -60.1  -72.1     19   0.02    265     51  380.0  380.1  380.0
254  131.4  14630  -60.2  -72.2     19   0.02    265     51  380.3  380.4  380.3
255  128.0  14792  -60.9  -72.9     19   0.02    266     50  381.9  382.0  381.9
256  125.0  14939  -60.1  -72.1     19   0.02    268     49  385.9  386.0  385.9
257  119.0  15240  -62.2  -73.8     20   0.01    270     48  387.4  387.5  387.4
258  112.0  15616  -64.9  -75.9     21   0.01    265     53  389.3  389.3  389.3
259  108.0  15838  -64.1  -75.1     21   0.01    265     58  394.8  394.9  394.8
260  107.8  15850  -64.1  -75.1     21   0.01    265     58  395.0  395.1  395.0
261  105.0  16010  -64.7  -75.7     21   0.01    272     50  396.9  396.9  396.9
262  103.0  16128  -62.9  -73.9     21   0.02    277     45  402.5  402.6  402.5
263  100.0  16310  -62.5  -73.5     21   0.02    285     36  406.7  406.8  406.7
264    '''
265
266    # Parse the data
267    sound_data = StringIO(data_txt)
268    p, h, T, Td = np.loadtxt(sound_data, usecols=range(0, 4), unpack=True)
269
270    # Create a new figure. The dimensions here give a good aspect ratio
271    fig = plt.figure(figsize=(6.5875, 6.2125))
272    ax = fig.add_subplot(111, projection='skewx')
273
274    plt.grid(True)
275
276    # Plot the data using normal plotting functions, in this case using
277    # log scaling in Y, as dictated by the typical meteorological plot
278    ax.semilogy(T, p, color='C3')
279    ax.semilogy(Td, p, color='C2')
280
281    # An example of a slanted line at constant X
282    l = ax.axvline(0, color='C0')
283
284    # Disables the log-formatting that comes with semilogy
285    ax.yaxis.set_major_formatter(ScalarFormatter())
286    ax.yaxis.set_minor_formatter(NullFormatter())
287    ax.set_yticks(np.linspace(100, 1000, 10))
288    ax.set_ylim(1050, 100)
289
290    ax.xaxis.set_major_locator(MultipleLocator(10))
291    ax.set_xlim(-50, 50)
292
293    plt.show()
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.