続・Python による気象解析入門

気象観測点を地図上に示す

観測点ごとの気象データを地図上の観測点の位置に表示するための 準備として、今回は、観測点の位置に観測点名を表示してみる。

観測地点表のデータは csv ファイルで、縦に地点、横に地点名や緯度・経度などの情報がならんだ形で提供されている。 このような表形式のデータを Python であつかうには、Pandas というパッケージをつかうのがよい。

実行方法

今回のPythonプログラムの例文とそれがつかうデータは、luce の /home/masuda/mapstation に置いてある。

各自、つぎのコマンドによって、プログラム例をコピーしてほしい (最後の空白のあとのピリオドが重要)。

cp -r /home/masuda/mapstation .

そして、mapstation に cd して作業してほしい。

気象庁の地上気象観測点

気象庁による気象観測については、 気象庁ウェブサイトの「知識・解説」のページの「気象」のうちの 「気象に関する観測と予報の技術の解説」のうちに、「気象の観測」というリンクがあり、 それをたどると「気象観測・気象衛星」というページがある。

そのうち「地上気象観測所について」というリンクのさきの「地上気象観測」というページに 地上気象観測所の一覧表や分布地図がある。 そこからさらに「地上気象観測 地点情報履歴ファイル・統計切断情報ファイル」というリンクがある。 それをたどって「地上気象観測 地点情報履歴ファイル」(smaster.index.zip, タイムスタンプ 2022-02-25) をダウンロードし、 それを材料として、つぎのファイルを作成した。(作成手順の説明は、ひとまず省略する。) 【[2023-07-02] 2023-06-27 の地点リストには富士山がぬけていたので、富士山をふくむものにさしかえた。】

• jma_stations.csv (文字コード ASCII) ... 「気象官署等」 (気象台、測候所、特別地域気象観測所) ただし空港の観測所は省略

その各列の説明はつぎのとおり。

• wmoid ... WMO (世界気象機関) に登録された 5けたの地点番号。
• stname_roma ... 地点名のローマ字表記。(気象庁の方式にしたがったので、ヘボン式、母音の長短の区別なし。 smaster.index では全部大文字だったが、 ここでは、頭文字だけ大文字でほかは小文字に変換した。)
• lat ... 緯度 (北緯、度)。 (気象庁の緯度経度の表記は、度、分、分の小数1けたまで。増田が換算した。)
• lon ... 経度 (東経、度)。 (同様)
• height ... 標高 (m)。 (説明文書 smasterindex.format.pdf によれば、気圧計の高さ。)
• observatory ... 観測点が気象台であるとき、1 がはいっている。そうでなければ何もはいっていない。

気象庁の地上気象観測点には、このほかに、アメダス (AMeDAS) の観測点がある。 【気象台・測候所・特別地域気象観測所などではないアメダス観測点は、 WMO 地点番号をもっていない。】

[27a] 日本中央部領域の観測点の位置と地点名を地図上にしめす

ここで仮に「日本中央部領域」と呼ぶ領域は、北緯 32 ～ 42度、東経 132 ～ 142 度である。 (前回の「日本中央部領域」とは、同じ領域名をつかってしまったが、緯度の範囲をかえた。 今回は陸上をなるべくふくめたかったからである。)

• (プログラム例) 27a_map_stations_cjapan.py (日本語文字コード UTF-8)

地点表の csv ファイルを Pandas の「データフレーム」 dfstn に読みこんでいる。

作図は、まず fig のなかにひとつの subplot をつくり、そこに正距円筒図法の地図をつくり、 経線・緯線、海岸線をひく。ここまではすでにやったとおり。

dftsn をそれぞれ 1行ずつ読んで、 緯度経度が図の領域内であれば、その位置に記号「+」をかき、その上に地点名 (ローマ字表記) をかくようにした。 観測点が気象台であれば赤、そうでなければ青で表示することにした。

(text のオプションの ha は horizontal alignment (左右の位置合わせ)、ここでは center (中央) とする。 va は vertical alignment (上下の位置合わせ)、ここでは bottom (下側) とする。 「指定した点が文字列の下側にくるようにする」ので、文字列が指定した点の上にくることになる。)

[27b] 仮称「関東」領域の観測点の位置と地点名を地図上にしめす

ここで仮に「関東」と呼ぶ領域は、北緯 34.5 ～ 38.5 度、東経 137 ～ 141 度である。 実際は「関東甲信越」にちかい。ただし新潟県の北のほうがすこしはずれ、静岡県はふくまれる。

• (プログラム例) 27b_map_stations_kanto.py (日本語文字コード UTF-8)

[27c] 仮称「関東」領域の観測点の位置と標高を地図上にしめす [2023-07-02 追加]

• (プログラム例) 27c_map_station_height_kanto.py (日本語文字コード UTF-8)

都道府県境をくわえる

地図上に都道府県の境界を表示するには、 都道府県の境界の位置をふくむ地理情報データが必要である。 Cartopy では、海岸線をひく際には、 最初の実行時に、データをNatural Earth (https://www.naturalearthdata.com/) というサイトからとってきてつかっている。 データ形式は (ESRI社がきめた) ShapeFile というものである。 Natural Earth のサイトには、世界の主要行政界のデータもある。 【増田は2022年度に、それを海岸線と同様に実行時にとってくる方式で、 日本の都道府県境や中国の「省」の境を表示するプログラムをつくった。 ところが、そのプログラムは、期待した動作をしない (県境をかかない) ことがあり、 どのような条件でそうなるのか、よくわからなかった。】 現在のプログラム例では、あらかじめ Natural Earth の行政界のデータを取得し、 そこから日本の都道府県境をきりだして、作図を実行するマシン上のファイルとして置いておき、 実行時にはローカルにあるファイルを読むようにしている。

[27a], [27b], [27c] の例文では、(import のところ、データを準備するところ、描くところ、それぞれ) 行のはじめに「###」と 3つ連続したハッシュマークでコメントにしてある行を コメントをはずしていかせば、都道府県境をひくようにしてある。

luce では、都道府県境のデータを /home/masuda/mapdata/ne/ の下に置いてあり、 プログラム例ではそこを参照しているので、各自がデータを用意しなくてもつかうことができる。

自分のパソコンでつかいたいばあいは、 [日本の都道府県境をかく / 中国の「省」の境をかく] のページからリンクされた ne_10m_admin_1_japan.zip をダウンロードし、 展開して、展開されたフォルダ名を プログラム中の shapefilepath で指定するようにすればよい。

【なお、鈴木パーカー先生の例文で県境や市町村境をひくところは、 GADM というサイトの地理データ (ShapeFile) を利用している。 データは同じでないが、利用の理屈は同様である。】

アメダスの観測点

(準備中)