Grapher教程—重建长江中下游降雨量时间变化序列

各位朋友好！非常激动！新学了一个科研绘图软件，它的大名叫“Grapher”，也许在科研界早已如雷贯耳，但在我这，还得是第一次遇见你！来看看小编在老师的指导下鼓捣了三节课搞出来的图。

就问大家，这效果，是不是比较帅！以后开展时间序列分析有新伙伴了！！！这么有用的工具还不学起来！话不多说，跟着小编，一起开始今天的学习。

一、学习目标

1.绘制长江中下游近150年的降雨量时间序列图表并导出。

2.计算长江中下游的降雨量的变化周期并导出。

二、前期准备

1.任意版本的Grapher软件、Past软件。Grapher软件目前更新地比较快，小编在这里用的是英文版的Grapher20，Past软件也是进行时间序列分析常用的软件，不过这个软件在反应上有点不太智能，需要大家保持好心态嘻嘻嘻。两个软件友友们可以自行网上下载安装好，如有问题，可在评论区留言哦。

2.近150（1856-2013）年的降雨量时间序列数据。这里的时间序列数据是我们分析的核心，一般包括年份和数值数据两部分，我们的时间序列往往都是探讨某个变量与时间之间的关系，通常是十年尺度、百年尺度、千年尺度、万年尺度等等......，这里就得看各位小伙伴在研究上的时间尺度了。此处小编想利用树轮重建的长江中下游近150年的降雨量数据，来讨论长江中下游降雨量的变化周期。

三、实践过程

A.降雨量时间序列图的绘制

1.打开Grapher软件，导入研究数据

软件打开，映入眼帘的是布局简洁但又处处透露着高级的界面，反正比ArcMap好看多了，此时弹出的窗口提示你新建一个文件。我们此行的目的是进行绘图，绘图都是需要数据来源的，我们找到该窗口“New”下的“Worksheet”打开，可以新建一个工作表。在打开的EXCEL文件中，全部复制A、B两列的数据，粘贴至新建的工作表下，此时完成数据的导入。效果见下图：

2.建立时间序列图

数据导入后，接下来我们就要生成时间序列图了，全选A、B两列，在标题栏找到“Home”并点击，找到新图表建立栏目“New Graph”，选择基础图形“Basic”，下拉箭头，选择第一种“Line Plot”，点击即可生成降雨量随着年份的线性时间序列变化图表。如果你想尝试其他图表，也是可以的哦！

初步生成的图表如下：

此时可以发现视野中心出现了自动生成的的时间序列图表，哎呀，巨丑！字太小，线太密，A4纸张太小，难以容纳整个图表、一整个就是看着不舒服，还不如用EXCEL呢！别急，一般自动生成的能有多好看，还得自己再调调。左侧这不是弹出了“Property Manager”的窗口这个，即图表属性管理窗口，合理运用好这个窗口，将使我们的图变得更加漂亮！

3.图表美化操作

（1）更改页面方向和纸张大小

右击页面纸张（不要点图表覆盖的区域）的空白处，弹出编辑栏目，选择“Page Setup”打开，进入页面编辑栏。下拉“Paper Size”将纸张大小改成A1，再将下方的纸张方向“Oentation”改成横向，此处我们勾上“Landscape”，这样一来，一张大页面的设置就完毕啦！

（2）对X轴和Y轴进行调整—以X轴为例

点击原图表的X轴，此时“Property Manager”出现X轴的相关属性，有Axis（轴）、Labels（标签）、Line（图表线）等诸多编辑对象。

对于Axis的操作：在“Geometry”中，将轴的长度（Length）设置为“30”，在“Limits”中X轴值域范围设置为（1856-2013），在“Title”中将X轴标题设置为“时间”，点击“Font”旁边的+号，将字体大小为“40”。Y轴操作同上，在更改轴的长度上设设置为“15”。将图形移动至页面合适位置。

对于Labels的操作：在“Label Settings”下，对数字标签的格式进行修改，将标签字体改为“Time News Roman”。调整大小为“40”，Y轴调整同上。

对于Line的操作：在“Axis Line Properties”下调整坐标轴的颜色，将默认颜色修改为黑色即可。Y轴除此之外，可以在“Grid Line Properties”中，将主要网格线的显示按钮勾选去除，此时图中便没有了横向的网格线。

对于Ticks的操作：在“Major Ticks”中将主分割点设置为朝上，长度设置为“0.2”，在“Minor Ticks”中将主分割点设置为朝上，长度设置为“0.1”，Y轴与此类似，只需将分割点方向设置为朝右即可。

保留图表外框线：点击图表外框选中后，弹出属性编辑窗口，点击“Line”，在style中下拉选择横线，并在下方的颜色编辑按钮中将颜色调整为黑色，此时可得到带有外框的黑色的图表外框。

编辑图表中的线：点击图表中的线，在属性窗口中选择“Symbol”按钮，将频率改为1，图形使用默认的圆形，调整大小0.2。再选择“Line”按钮，调整线的宽度，将数值调整为“0.06”。

经过上面一系列的操作，欸嘿，这图的雏形是不是出来了！不错呦，接下来，我们想知道，近150年来，长江中下游降雨量的变化趋势到底怎么样？有多少个周期？

4.定性趋势与周期分析

创立拟合曲线。在图形左侧图层窗口中找到降水量右击，选择“Add Fit Curve”，为图表添加拟合曲线，此时图表将会得到默认的线性拟合曲线。

更改拟合曲线类型。点击拟合曲线，在弹出的属性窗口中，找到“Plot”，在下方的“Fit”中，对类型进行选择，此处我们选择“Running Averge”，即滑动平均，对曲线进行重新拟合。感兴趣的伙伴们也可以采取其他的方法进行拟合。

编辑拟合曲线。在拟合曲线的属性编辑窗口中找到“Line”，对曲线的颜色和宽度进行更改，此处小编将颜色改成红色，宽度改为0.06。

我们发现拟合曲线的效果还是比较好的，把近150年降雨量变化趋势大致拟合出来了，从中我们发现，经历若干年，降雨量便存在峰和谷的交替，当然，此时的峰谷数量还是很多的。我们可以进行调整，只需要重新回到曲线编辑窗口中的“Plot”，在“Plot Windows”进行调整，我们滑动窗口依次改为7、9、11，得到如下结果：

从上述图中可以发现，随着windows数值的增大，峰和谷的数量减少，周期的呈现愈发明显。

最后编辑标题。点击图表整体，在弹出的窗口中找到“Title”、将图表命名为“长江中下游降雨量时间序列变化状况”，修改字体颜色和大小，一张完整的时间序列图表到这里就结束啦!

那么，长江中下游的降雨量究竟以什么样的周期进行变化呢？有没有一种定量的方法可以进行计算？第二部分，我们一起来定量计算一下这个周期。

B.时间序列数据的周期计算

1.打开Past软件，导入数据

在Excel表格中复制降雨量一栏数据，注意不要复制标题栏！Past只认数值哦！将数值粘贴至Past软件下的A栏中，完成初始数据的导入。

2.时间序列分析

选择方法。在标题栏找到“Timeseries”，下拉选择“Spectral analysis”，即频谱分析法，选择“REDFIT”，即红点拟合，对数值进行拟合分析。

数值计算与置信度检验。在红点拟合弹出的窗口中点击“compute”，进行拟合计算。通过置信度曲线（图中四条分别是80%、90%、95%、99%）能够查看，有多少数值能够通过不同置信度的检验，进而为后续实现在精度允许范围开展周期计算提供参考。

数值结果转移与置信度选择。点击红点拟合窗口左侧中的Numbers，点击Copy，将结果复制粘贴至新建立的EXCEL中。由于软件自动计算出了多个置信度水平，我们选择90%作为置信度水平，将其余栏的计算结果全部删除。

周期计算。由于周期是频率的倒数，此时我们在D栏标题栏写上“Cycle”，并在下方使用公式进行计算（=1/A2），自动填充，能够得到相对应的值。将第一栏的无意义值去掉，得最终的计算结果。

3.数据可视化

导入数据，生成基础图表。打开一个新的Grapher，复制“Freq”、“Power”、“chi2 90%”至Grapher的新的工作表中，按照A部分建立图表的方法生成图表。

美化图表。各位友友请参考A部分的美化方法，自行美化哦，小编在此处就不过多赘述了。

添加周期结果标签。点击蓝色曲线，在图形属性编辑窗口中找到“Labels”栏目，点击“Label variables”，下拉，选择cycle结果栏，对下方的格式编辑栏对字体以及大小进行编辑，可将周期结果显示在图中。此时可以分析通过置信度水平为90%的周期有哪些。

结果分析。从图中大致可以看出，通过置信度检验的（在红色曲线上方）大致有13，10，7，3，2等周期，得到了一个较为精确的长江中下游降雨变化的周期评估结果。如果伙伴们感兴趣，还可以将ENSO循环的周期变化与该结果联合起来进行分析，试试能不能分析一波ENSO循环与长江中下游降雨量振荡的影响。

C、图表结果导出

通过上述操作，我们已经得到了两幅图，应该如何将结果进行导出呢？接下来小编以这张周期置信度检验图导出为例，来简单演示。找到Grapher窗口顶端的“File”，打开后可以发现“Export”按钮，点击。在弹出的窗口中设置好文件保存路径、文件名、导出格式（此处选择jpg）。控制输出像素设置为300，导出后得到最终结果。另一张图的导出方式与此类似，请朋友们自行尝试。