【教学方案】Python在气象与海洋中的实践技术应用

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Python是功能强大、免费、开源，实现面向对象的编程语言，能够在不同操作系统和平台使用，简洁的语法和解释性语言使其成为理想的脚本语言。除了标准库，还有丰富的第三方库，并且能够把用其他语言（C/C++、Fortran）编写的代码联结在一起。Python在数据处理、科学计算、数学建模、数据挖掘和数据可视化方面具备优异的性能。上述优势使得Python在气象、海洋、地理、气候、水文和生态等地学领域的科研和工程项目中得到广泛应用。可以预见未来Python将成为气象和海洋等地学领域的主流编程语言之一。

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专题一、Python软件的安装及入门

1 Python入门和安装

1.1Python背景及其在气象海洋中的应用

1.2Anaconda解释和安装以及Jupyter配置

1.3Python基础语法

专题二、气象海洋常用科学计算库

2 气象海洋常用科学计算库

2.1 Numpy库

2.2 Pandas库

2.3 Scipy库

2.4 Xarray和Netcdf库

2.5 常用数据的IO

专题三、气象海洋常用可视化库

3 气象海洋常用可视化库

3.1 可视化库介绍matplotlib、cartopy等

3.2 不同类型图的绘制

1）折线图绘制

2）柱状图绘制

3）errorbar图绘制

4）流场矢量

4）散点图绘制

5）地图绘制（1.行政区划 2.地图白化）

6）填色及等值线+地图

7）流场矢量+地图

8）风玫瑰图

专题四、数据爬虫实战

4 如何爬取中央气象台台风数据

1)Request库的介绍

2)解析网页介绍

3)爬取中央气象台台风数据

4)台风数据的分析和可视化

专题五、模式后处理

5 WRF和ROMS模式后处理

5.1WRF模式后处理

1）wrf-python库介绍

2）提取站点数据

3）500hPa形式场绘制

4）垂直剖面图——雷达反射率为例

5）提取台风数据并可视化

5.2ROMS模式后处理

1）xarray为例操作ROMS输出数据

2）垂直坐标转换，S坐标转深度坐标

3）垂直剖面绘制

4）平面图绘制

专题六、EOF方法分析大气和海洋数据

6 EOF方法分析大气和海洋数据

6.1 EOF基础和eofs库的介绍

6.2 EOF分析海年风场数据

1）CCMP融合风场数据介绍和处理，30年数据

2）按季节进行EOF分析，可视化

6.3 EOF分析海表面温度数据

1）SST数据计算距平，去趋势

2）SST进行EOF分析，可视化

专题七、AI在气象海洋中的应用

7机器学习在气象海洋中的应用

7.1 机器学习简介

1）机器学习简介

2）scikit-learn、pytorch等常用库介绍

7.2 如何使用pytorch搭建一个模型

7.3 机器学习订正模式数据

CCMP融合风场数据作为标签数据，订正GFS预报数据