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1、第四章:蒙古高压特征分析4.1 实验实习目的(1)掌握气象要素气候及异常特征的基本研究方法。(2)进一步巩固FORTRAN顺序结构和循环结构的程序设计方法和变量、函数、数组的使用方法，重点掌握外部文件对数据进行输入输出操作的方法。(3)了解并掌握GrADS的使用流程。(4)学习并掌握数据描述文件（*.ctl文件）的书写方法。(5)学习书写简单的“*.gs”文件。(6)掌握GrADS中open、reinit、d、c、quit、q、run等基本命令的使用方法。(7)掌握GrADS维数环境设置方法。(8)掌握GrADS绘制“line”、“bar”图形类型的方法，绘制1951-2023年蒙古高压强度异
2、常的时间序列图。(9)掌握保存GrADS绘制图形的一种方法。4.2 实验实习内容4.2.1 问题描述 已知1951-2023年一月蒙古高压强度、面积、位置指数序列，计算蒙古高压各指数的气候值、变率和距平，绘制蒙古高压的强度、面积、位置指数序列的时间序列图，分析冬季蒙古高压的异常规律。4.2.2 问题分析 已知：1951-2023年一月蒙古高压强度、面积、经度、纬度指数序列资料p.dat、s.dat、lon.dat、lat.dat。 计算：蒙古高压各指数的气候、变率和距平值。 绘制：1951-2023年一月蒙古高压强度、面积、位置指数序列图。 通过分析，根据公式（4.1）、公式（4.2），求得蒙
3、古高压一月环流指数气候及异常值。根据GrADS中line和bar两种图形格式绘制方法，绘制蒙古高压环流指数距平的时间序列图。4.3 实验实习步骤4.3.1 蒙古高压环流指数的气候和异常值计算(1)分析问题，理清算法和程序，设计程序流程图并编写程序。(2)启动软件开发环境Microsoft Developer Studio。(3)在I盘上创建新工作区 shixi04。(4)在工作区shixi04内创建新项目shixi04。(5)在项目shixi04内创建源程序文件“mh.f90”，编辑输入源程序文本。(6)在源程序文本中打开数据文件“p.dat”、“s.dat”、“lon.dat”、“lat.d
4、at”，并将其值读入到相应的数组中。(7)编写计算均值、变率和距平的子程序。(8)调用子程序分别计算强度、面积、经度、纬度环流指数的均值、变率和距平。(9)将蒙古高压环流指数的均值和变率写入到“mh1.dat”和“mh1.grd”两个文件中。将蒙古高压环流指数的距平值写入到“mh2.dat”和“mh2.grd”两个文件中。(10)编译、构建、运行、调试FORTRAN程序。4.3.2 蒙古高压环流指数距平时间序列图绘制GrADS是对数据进行分析、处理和显示的软件，所以在使用该软件进行绘图时，必须有相应的数据文件，并且这些数据必须满足GrADS所要求的数据格式，否则就要进行数据处理；另外，GrAD
5、S并不是直接使用这些数据文件进行操作，而是通过一个对应的“数据描述文件”间接使用数据文件；对数据的处理和显示是通过GrADS系统提供的命令完成的；操作完成后，可以在图形输出窗口观察所绘图形，并将图形保存和输出。具体使用流程如1.3.3.3所述，此处不再赘述。 按1.3.3.3 所述的使用流程，完成蒙古高压环流指数距平时间序列图绘制，需要按以下步骤进行：(1)为蒙古高压环流指数距平数据文件“mh2.grd”书写数据描述文件“mh2.ctl”，在此文件中定义四个变量pa,sa,lona,lata.(2)编写“mh2.gs”可执行文件，利用GrADS基本操作命令和line、bar两种绘图类型的绘图要
6、素设置，以不同颜色和线性显示蒙古高压强度和面积距平时间序列图（曲线），分别以不同颜色显示蒙古高压经度和纬度距平时间序列图（柱状）。(3)将蒙古高压强度和面积距平时间序列图（曲线）保存到“mhline.gmf”,将蒙古高压经度和纬度距平时间序列图（柱状）分别保存到“mhlonbar.gmf”和“mhlatbar.gmf”中。(4)启动GrADS，调试、执行“mh2.gs”。(5)分析蒙古高压气候及其异常特征。4.4 实验实习关键技术及方法某数据资料时间序列的距平为数据资料 与其平均值 之差 （4.1）某数据资料的变率为其均方差，反应变量围绕平均值的平均变化程度，其计算公式为（4.2）4.5 实验
7、实习程序编写4.5.1 FORTRAN程序编写以下程序用于蒙古高压环流指数气候及异常值计算。PROGRAM mh IMPLICIT noneinteger,parameter: ny=60 !p(ny)、pa(ny)、pav和pd分别为强度指数原序列、距平序列、均值和标准差，其他参数量类似定义 real p(ny),s(ny),lon(ny),lat(ny),pa(ny),sa(ny),lona(ny),lata(ny),pav,sav,lonav,latav,pd,sd,lond,latdintegeri,j,kopen(1,file=i:shixip.dat)open(2,file=i:s
8、hixis.dat)open(3,file=i:shixilon.dat)open(4,file=i:shixilat.dat)doi=1,nyread(1,*) p(i)read(2,*) s(i)read(3,*) lon(i)read(4,*) lat(i)end doclose(1)close(2)close(3)close(4)call cha(ny,p,pa,pav,pd)call cha(ny,s,sa,sav,sd)call cha(ny,lon,lona,lonav,lond)call cha(ny,lat,lata,latav,latd)open(5,file=i:shix
9、imh1.dat)write(5,(2f10.2) pav,pdwrite(5,(2f10.2) sav,sdwrite(5,(2f10.2) lonav,londwrite(5,(2f10.2) latav,latdclose(5)open(6,file=i:shiximh1.grd,form=binary)write(6) pav,pdwrite(6) sav,sdwrite(6) lonav,londwrite(6) latav,latdclose(6)!下面两种书写数据的数据结构不同，注意区分。open(7,file=i:shiximh2.dat)write(7,(f10.2) (pa
10、(i),i=1,ny)write(7,(f10.2) (sa(i),i=1,ny)write(7,(f10.2) (lona(i),i=1,ny)write(7,(f10.2) (lata(i),i=1,ny)close(7)open(8,file=i:shiximh2.grd,form=binary)doi=1,nywrite(8) pa(i)write(8) sa(i)write(8) lona(i)write(8) lata(i)end doclose(8)end!求特征值subroutine cha(ny,x,xa,xav,xd)integer:nyintegerireal:x(ny)
11、,xa(ny),xav,xd,sumsum=0doi=1,nysum=sum+x(i)enddoxav=sum/nyxd=0doi=1,nyxa(i)=x(i)-xavxd=xa(i)*xa(i)+xdenddoxd=sqrt(xd/ny)returnend4.5.2 GrADS程序编写(1)蒙古高压环流指数距平数据文件“mh2.grd”书写数据描述文件“mh2.ctl”.dset i:shiximh2.grdundef -9.99E+33title Mongolia high pressure circulation index departurexdef 1 linear 1 1ydef
12、1 linear 1 1zdef 1 linear 1 1tdef 60 linear Jan1951 1yrvars 4pa 1 0 sa 1 0lona 1 0lata 1 0endvars(2)绘制蒙古高压异常时间序列图，书写可执行文件“mh2.gs”。reinitopen i:shiximh2.ctlenable print i:shiximhline.gmfsetlat 1setlon 1setlev 1sett 1 60setgxout linesetccolor 2setcstyle 1setcthick 4setcmark 2d pasetccolor 4setcstyle 3
13、setcthick 6setcmark 2d 100*saprintdisable printcenable print i:shiximhlonbar.gmfsetgxout barsetbarbase 0setbargap 0setccolor 2d lonaprintdisable printcenable print i:shiximhlatbar.gmfsetgxout barsetbarbase 0setbargap 0setccolor 4d lataprintdisable print4.6 实验实习结果图1 1951-2023年1月蒙古高压强度与面积距平时间序列图图2 1951-2023年1月蒙古高压经度距平时间序列图图3 1951-2023年1月蒙古高压纬度距平时间序列图4.7 实验实习结果分析从图1可以看出，1月蒙古高压强度与面积呈现显著的正相关关系。存在年际及年代际的周期震荡，震荡周期大约为34年以及20年，在1956年、1977年以及2023年出现较高值，20世纪60年代中期开始下降，大约1975年达到最低值，之后快速上升。从图2、3可以看出，1月蒙古高压的位置存在年代际的变化，周期大约为3040年。在20世纪50年代初由南转北，由东转西，20世纪70年代末80年代初，蒙古高压位置由北转南。
