风向玫瑰图

风向玫瑰图（wind rose）是专门用于描述风向分布和频率的极坐标分布图，由于形状酷似玫瑰花朵而得名。图1是咸阳某年的风向玫瑰图，表达出风向的频率或者频次分布。风向玫瑰图上一般还具有风速信息，通过颜色或灰度来表示风速，如图2。

图 1 咸阳某年的风向玫瑰图

图 2 上海某年的风向玫瑰图

玫瑰图虽然来源于气象学，但还可以用于描述地面坡向、运动方向的分布等。风速信息也可以用方向上的其他物理量代替，因此，风向玫瑰图有着优秀的表达能力和更多的应用空间。图3是某地坡向的玫瑰图，色块颜色表示局部区域的表面高程变化，因此图3描述了表面高程变化与坡向之间的分布规律。

图 3 某地坡向与地面高程变化的玫瑰图

Matlab存在多个玫瑰图的绘制函数，本文拟对Matlab中的玫瑰图绘制函数进行介绍，并总结函数的优缺点，主要有Matlab自带的rose(thera)、个人编写的wind_rose(D, I, varargin)和WindRose(D, I, varargin)三个。希望对读者未来的玫瑰图绘制中有所帮助。

风向数据

本文采用的风向数据是国家极地科学数据中心发布的东南极中山站2011-2012年间风向(D，单位：°)、风速(I，单位：m/s)数据。在此表示感谢！

Matlab自带的函数

语法：rose(thera, nbin)
说明：thera是风向，单位为弧度。nbins表示平均划分区间[0, 2*pi]的数量。绘制图件上的玫瑰“花瓣”表示该区间风的次数。rose(D×pi/180)运行结果如图4所示。可以看出，rose(D×pi/180)绘制的极坐标系0度方向为水平向右，这与常见的风向玫瑰图不同。常见的风向玫瑰图遵循上北(0°)下南(180°)左西(270°)右东(90°)。可以用view(90, -90)将坐标系调整至习惯用法，如图5所示。

图 4 rose(D×pi/180)运行的直接结果

图 5 rose(D*pi/180)运行结果经view(90, -90)调整

评价：Matlab自带的rose()功能简单，只能绘制风向的频次分布；而且绘制结果中的坐标系与习惯不符，需要对结果进行调整。

个人编写的函数1

语法：wind_rose(D, I, varargin)
说明：D表示风向，单位是°；I表示风速；varargin是各种控制参数，常见的控制参数有：

• ‘dtype’，描述坐标系属性，默认的坐标系是笛卡尔坐标系，横轴为0°方向，逆时针方向为正。当‘dtype’是‘meteo’时，调整坐标系为风向玫瑰图的习惯用法，纵轴为0°方向，顺时针方向为正。
• ‘ci’，频率圈绘制的值，单位为%。
• ‘n’，区间划分的个数。
• ‘lablegend’，图例的标题。
• ‘legtype’，是否绘制图例。

wind_rose(D, I, ‘dtype’,‘meteo’,‘ci’,[20 40],‘legtype’,1)的绘制结果如图6所示。

图 6 wind_rose(D, I, 'dtype','meteo','ci',[20 40],'legtype',1)的绘制结果

评价：wind_rose()函数能表达风向的频率分布和风速范围，风速采用不同的颜色表示。此外，wind_sose()可以选择不同的坐标系。

个人编写的函数2

语法：WindRose(D, I, varargin)
说明：D表示风向，单位是°；I表示风速；varargin是各种控制参数，常见的控制参数有：

• ‘anglenorth’，正北方向的角度。
• ‘angleeast’，正东方向的角度。
• ‘labels’，各方向注记(参考后面调用，即可明白)。
• ‘MaxFrequency’，最大的频率。
• ‘nFreq’，频率圆的个数。
• ‘vWinds’，图例中的风速数字注释。
• ‘LabLegend’，图例的标题。
• ‘legendtype’，是否添加图例。
• ‘scalefactor’，图片放大缩小的倍数

调用WindRose()的代码如下，结果如图7所示。

Options = {'anglenorth',0,...
    'angleeast',90,...
    'labels',{'N (0^o)','NE (45^o)','E (90^o)','SE (135^o)','S (180^o)','SW (225^o)','W (270^o)','NW (315^o)'},...
    'freqlabelangle',-22.5,...
    'MaxFrequency',40,...
    'nFreq',5,...
    'vWinds',[0 4 8 12 16 20],...
    'LabLegend','Wind Speed (m/s)',...
    'legendtype',1,...
    'scalefactor',0.8,...
    'titlestring',''};
[figure_handle,count,speeds,directions,Table] = WindRose(D,I,Options);

图 7 WindRose()绘制结果

评价：WindRose()拥有更多的参数可以设置风向玫瑰图，包括坐标系、方向注记、图例标题等，其图例采用的是渐变色。

总结

对比上述三个风向玫瑰图绘制函数可以发现，WindRose()函数的功能更加丰富，参数设置更为多元，默认的色彩搭配也比wind_rose()好。Matlab自带的rose()函数功能过于单一，不适合用于科研绘图。需要注意的是，函数WindRose()和wind_rose()中读取的风向单位是°，留意数值单位的转换。

代码传递

wind_rose()和WindRose()的代码及使用文档如下：
链接：https://pan.baidu.com/s/1LEZynWNNEQT-Gp2JuRVtmA
提取码：4h56