R语言：填色等值线图及其色标（color bar）设置

更多填色等值线图的绘制请参考R语言：如何在一张图上画多个填色等值线图

在气象数据分析中，经常用填色等值线图来表现气象要素的空间分布特点，例如下图中给出了1997年12月的海表温度异常（SSTA）的空间分布情况：

在R语言中，这种图可以使用filled.contour函数绘制：

filled.contour(  x = seq(0, 1, length.out = nrow(z)),

          y = seq(0, 1, length.out =ncol(z)),

           z,

           xlim = range(x, finite = TRUE),

          ylim = range(y, finite = TRUE),

           zlim = range(z, finite = TRUE),

          levels = pretty(zlim, nlevels), nlevels = 20,

          color.palette = cm.colors,

          col = color.palette(length(levels) - 1),

           plot.title, plot.axes, key.title,key.axes,

          asp = NA, xaxs = "i", yaxs = "i", las = 1,

          axes = TRUE, frame.plot = axes,  ...)

其主要参数如下：

z即为将要呈现的数据，其须是数值型（numeric）的矩阵格式（matrix）；

x和y分别是X轴和Y轴的格点刻度，注意x和y的长度必须与z的维度相匹配，且x和y序列必须为升序排列；

xlim，ylim和zlim分别是绘图中最终显示出来的x，y和z的范围；

levels是色标的刻度；

nlevels即是色标刻度的数目，也就等于levels的长度（levels和nlevels如果只设置了一个，另一个将会自动生成）；

color.palette是调色板函数，默认值为浅蓝洋红色系；

col即是色标上显示的不同颜色，若col未人工设置，将根据levels，nlevels以及color.palette自动生成；

plot.title和plot.axes用于调整主图的标题和坐标轴刻度；

key.title和key.axes用于调整色标的标题和刻度；

asp是指作图的高宽比（y/x）；

xaxs和yaxs分别是X轴和Y轴的刻度线类型；

las指坐标轴刻度标签的文字书写方向，默认值为1，表示刻度标签从左到右横向书写。

filled.contour函数最少只需数据z即可绘制，我们以1997年12月的SSTA数据为例（数据的读取可参考NC数据的读写），代码和结果如下图：

z <- ssta_1997_12
filled.contour(z = z)

更加细致的绘图需要设定更多的参数：

x <- seq(from = 98.5, to = 288.5, by =1)
y <- seq(from = -20.5, to = 20.5, by =1)
z <- sst_a[, 42:1, 12, 17]
levels <- seq(-6, 6, 1)
filled.contour(x = x, y = y, z = z, levels= levels,
               las = 1,
               plot.title = title(main ="Dec 1997", cex.main = 2),
               plot.axes = list(axis(1,seq(100, 160, by = 20), c('100E', NA, '140E', NA)),
                                axis(1, 180,180),
                                axis(1,seq(200, 280, by = 20), c(NA, '140W', NA, '100W', NA)),
                                axis(2,seq(-20, 20, by = 10), c('20S', '10S', 'Eq', '10N', '20N'))),
               key.title = title(main ='degC'))

然而浅蓝洋红色系给出的对比效果并不明显，如需提高对比度则应调整调色板函数。

R语言自带了5种连续型色彩渐变调色板函数：

rainbow

heat.colors

terrain.colors

topo.colors

cm.colors

其中cm.colors即是filled.contour中默认使用的浅蓝洋红色系调色板。

接下来我们看一下各个色系的颜色：

## plot_col函数用来显示不同调色板下的色彩变化
plot_col <- function (nlev, col) {
 plot(x = c(1, (nlev + 1)), y = c(1, 2),
      xaxs = 'i', yaxs = 'i', xaxt = 'n', yaxt = 'n', type = 'n', ann = F)
 rect(xleft = 1:nlev,
      ybottom = rep(0, (nlev + 1)),
      xright = 2:(nlev + 1),
      ytop = rep(2, (nlev + 1)),
      col = col, border = 1)
 par(new = T)
 plot(x = c(1, (nlev + 1)), y = c(1, 2),
      xaxs = 'i', yaxs = 'i', xaxt = 'n', yaxt = 'n', type = 'n', ann = F)
}
nlev <- 12
col <- cm.colors(nlev)
plot_col(nlev, col)

col <- heat.colors(nlev)
plot_col(nlev, col)

col <- terrain.colors(nlev)
plot_col(nlev, col)

col <- topo.colors(nlev)
plot_col(nlev, col)

col <- rainbow(nlev)
plot_col(nlev, col)

colors <- c('blue', "white",'red')
RB <- colorRampPalette(colors = colors)
col <- RB(nlev)
plot_col(nlev, col)

filled.contour(x = x, y = y, z = z, levels= levels,
               color.palette = RB, 
               las = 1,
               plot.title = title(main ="Dec 1997", cex.main = 2),
               plot.axes = list(axis(1,seq(100, 160, by = 20), c('100E', NA, '140E', NA)),
                                axis(1, 180,180),
                                axis(1,seq(200, 280, by = 20), c(NA, '140W', NA, '100W', NA)),
                                axis(2,seq(-20, 20, by = 10), c('20S', '10S', 'Eq', '10N', '20N'))),
               key.title = title(main ='degC'))