Добавление многомерных данных к карте
Сначала вы добавите данные на карту. Затем вы измените проекцию карты на подходящую для вашего анализа.
Добавление данных
Данные, которые вы будете использовать на этом уроке, хранятся в ArcGIS Online в zip-файле. Чтобы добавить данные на карту, вы загрузите их, разархивируйте и создайте новый проект в ArcGIS Pro.
- Загрузите zip-файл Multidimensional Data to Predict Coral Bleaching Events.
Примечание:
В зависимости от настроек браузера, вам может быть предложено выбрать место для сохранения загружаемого файла. Большинство браузеров по умолчанию скачивают все в папку Загрузки.
- Извлеките содержание файла MultidimensionalAnalysis_SampleDataset.zip в желаемое местоположение.
Пакет данных для этого урока предоставлен NCAR Research Data Archive. Он содержит файл Общей формы сетевых данных (netCDF), включенный в продукт Climate Forecast System Reanalysis (CFSR), с данными о температуре поверхности моря за 35 лет с пространственным разрешением 0,5 градуса. Формат netCDF обычно используется для хранения многомерных научных данных.
- Откройте ArcGIS Pro и войдите под учетной записью ArcGIS.
Примечание:
Если у вас нет доступа к ArcGIS Pro или учетной записи организации ArcGIS, см. варианты доступа к программному обеспечению.
Когда откроется ArcGIS Pro, вы увидите список пустых шаблонов проектов в разделе Новый проект. Если вы уже создавали проект ранее, он будет включен в список Недавние проекты.
- Под Новым проектом щелкните Карта.
Для создания проекта с 2D-картой можно использовать шаблон Карта, куда уже включена базовая Топографическая карта.
- В окне Создать новый проект для Имени введите Coral Bleaching Prediction.
- Убедитесь, что отмечено Создать новую папку для этого проекта, и щёлкните OK.
Проект создается с картой по умолчанию.
Подсказка:
Чтобы перетащить и переместить карту, щелкните и удерживайте левую кнопку мыши. Чтобы увеличивать и уменьшать масштаб, удерживайте правую кнопку мыши или используйте колесо прокрутки мыши. Чтобы повернуть вид карты, нажмите клавишу V и меняйте направление с помощью мыши.
Поскольку вы будете работать с данными о температуре поверхности моря, а не с данными с суши, вы обновите базовую карту до карты с меньшей топографической детализацией.
- На ленте щелкните вкладку Карта. В группе Слой щелкните кнопку Базовая карта и выберите Светло-серое полотно.
Базовая карта изменится на карту с меньшей детализацией. На этой базовой карте будут выделены данные о температуре поверхности моря, которые вы добавите на карту в виде многомерного растра.
- На вкладке Карта в группе Слой щелкните Добавить данные и выберите Многомерный растровый слой.
Появляется окно Добавить Многомерный растровый слой.
- При необходимости для Выходной конфигурации выберите Многомерный растр.
- Для Входного файла, Набора данных мозаики или Сервиса изображений щелкните кнопку Импорт переменных и выберите Импорт переменных из файла.
Появляется окно Импортировать переменные из файлов NetCDF, GRIB или HDF. Используя это окно, вы можете перейти к местоположению файла с соответствующим типом файла. Данные, которые вы скачали в начале урока, включают файл netCDF, поэтому вы перейдете к нему.
- Перейдите в папку, в которую вы извлекли данные, и выберите файл CFSR_sst.nc. Нажмите OK.
Данные добавляются в окно Добавить многомерный растровый слой. Так как вы выбрали многомерный растр для анализа, вы можете выбрать переменную для использования. В этом случае исходные данные содержат только одну переменную - температуру поверхности моря (cfsrsst).
- Для параметра Выбрать переменные отметьте cfsrsst.
- Нажмите OK.
Многомерный растровый слой с именем CFSR_sst.nc_cfsrsst создается с помощью файла netCDF и добавляется на панель Содержание. Данные отображаются на карте в градиентной цветовой схеме. Области синего цвета имеют более низкие температуры, а области красного цвета - более высокие. Для температуры используются градусы Кельвина.
Изменение проекции карты
Когда вы добавили данные на карту, ее проекция изменилась. Картографическая проекция - это способ преобразования трехмерной поверхности планеты в двухмерную карту. Невозможно выполнить это преобразование, не искажая какой-то аспект мира, поэтому существует множество различных проекций, которые уменьшают одни искажения, внося другие.
Текущая проекция искажает площадь, поэтому не позволяет сравнивать размеры между регионами. Вы измените проекцию на такую, которая лучше отражает относительный размер областей, где может происходить обесцвечивание кораллов.
- На ленте, на вкладке Карта в группе Навигация щелкните кнопку Полный экстент.
Карта масштабируется до полного экстента данных.
- На панели Содержание дважды щелкните Map.
Откроется панель Свойства карты.
- Щелкните вкладку Системы координат.
На этой вкладке отображается текущая система координат, WGS 1984. Вы измените ее на проекцию Берманна, которая представляет собой равноплощадную проекцию.
- В поисковом окне введите Behrmann и нажмите Enter.
- Разверните Систему координат проекции, разверните Мир и выберите Behrmann (world).
- Нажмите OK.
Проекция нанесена на карту.
Слой CFSR_sst.nc_cfsrsst представляет температуру поверхности моря в градусах Кельвина. Вы обновите свойства слоя, чтобы указать эту информацию.
- Если надо, на панели Содержание разверните слой CFSR_sst.nc_cfsrsst.
- Щелкните Значение, чтобы выбрать его.
- Щелкните Значение снова, чтобы редактировать его. Введите Температура поверхности моря (градусы Кельвина) и нажмите Enter.
Свойства слоя обновлены. Также переименуйте слой. Его нынешнее название состоит из множества аббревиатур, и его трудно понять.
- Если необходимо, щелкните имя слоя CSFR_sst.nc_cfsrsst, чтобы выбрать его. Щелкните его еще раз, чтобы отредактировать, введите Температура поверхности моря и нажмите Enter.
- На панели инструментов быстрого доступа нажмите кнопку Сохранить.
Проект сохранен.
Вы добавили данные на карту и изменили проекцию карты, чтобы можно было сравнивать области по всему миру. Вы готовы начать анализ.
Визуализация многомерных данных
Далее вы изучите ваши данные Многомерные данные содержат несколько слоев информации, наложенных друг на друга в виде куба. Такие, состыкованные друг с другом по вертикали слои могут представлять данные на нескольких высотах или глубинах, или, как в этом примере, в разном времени.
Набор данных температур на поверхности моря, используемый в этом уроке, содержит среднемесячные значения температуры в период с 1980 по 2015 год, и каждый месяц представлен отдельным слоем в наборе данных.
Просмотр данных
Чтобы просмотреть месячные временные срезы в наборе данных, вы будете использовать инструменты вкладки Многомерный.
- Если необходимо, откройте ваш проект Coral Bleaching Prediction в ArcGIS Pro.
- В панели Содержание щелкните слой Sea Surface Temperature, чтобы выбрать его.
Если выбран Многомерный растровый слой, вкладка Многомерный становится активной на ленте.
- На ленте щелкните вкладку Многомерные.
Вкладка содержит различные инструменты исследования и управления данными.
- В группе Срез текущего отображения убедитесь, что для Переменной выбрана cfsrsst.
- В группе Срез текущего отображения щелкните ниспадающий список StdTime.
В меню содержится список ежемесячных временных срезов, включенных в данные. Формат времени - Год, месяц и день.
Временные срезы представляют результаты значений температуры поверхности моря. Вы можете отобразить отдельные временные срезы, выбрав нужный из меню. Или вы можете просмотреть их последовательно, используя анимацию.
- Щелкните вне меню, чтобы закрыть его.
- В группе Срез текущего отображения щелкните кнопку Воспроизвести срезы по StdTime.
На карте один за другим отображаются ежемесячные временные срезы набора данных.
- Когда закончите, нажмите кнопку Воспроизвести срезы по StdTime ещё раз, чтобы остановить анимацию.
- Сохраните проект.
Вы визуализировали многомерные данные и познакомились с некоторыми инструментами, работающими с многомерными данными.
Создание трендов и прогнозов температуры на поверхности моря
Далее вы используете инструменты геообработки для работы с многомерными данными, чтобы изучить данные и запустить анализ тренда.
Создание временного профиля
Один из способов изучить многомерные данные - построить диаграмму временного профиля. На основе слоя Sea Surface Temperature диаграмма временного профиля отобразит график, где время отложено по оси x, а температура поверхности моря - по оси y. Эта диаграмма даст общее представление о том, как температура поверхности моря менялась с течением времени.
- Если необходимо, откройте ваш проект Coral Bleaching Prediction в ArcGIS Pro.
- Если требуется, на панели Содержание выберите слой Sea Surface Temperature.
- На ленте щелкните вкладку Многомерные. В группе Анализ щелкните Временной профиль.
Появляется панель Sea Surface Temperature - Chart of Sea Surface Temperature под картой, и открывается панель Свойства диаграммы справа от карты.
Диаграмма временного профиля позволяет вам определить область интереса, используя точки, линии или полигоны. Диаграмма отобразит значения во времени в области интереса.
- В панели Свойства диаграммы щелкните и выберите Точку в инструментах области интереса.
Вы установите интересующую вас область в месте с высоким разнообразием кораллов.
- На карте с активным инструментом Точка выберите местоположение между северо-западным побережьем Австралии и Индонезией. (Если необходимо, приблизьте карту для лучшего указания области.)
Примечание:
Ваш временной профиль будет отличаться, в зависимости от выбранного вами точного местоположения.
Панель Sea Surface Temperature - Change in cfsrsst over StdTime обновляется для отображения временного профиля месячных температур поверхности моря с 1980 по 2015 год для выбранного вами местоположения.
Подсказка:
Вы можете изменить размер панели, чтобы лучше видеть диаграмму.
Диаграмма показывает циклический характер изменения температуры поверхности моря. Эта закономерность соответствует сезонным колебаниям температур в данном месте. Вы измените интервал биннинга (как данные группируются вместе на диаграмме), чтобы показать среднегодовые температуры.
- На панели Свойства диаграммы разверните Опции агрегирования. Задайте Агрегирование времени как Среднее.
- Для опций Временного биннинга щелкните кнопку Указать интервал для временной агрегации и измените этот интервал на 1 год.
Диаграмма обновляется и отображает средние изменения температуры поверхности моря по годам.
Исследуя временной профиль, вы узнаете, как изменилась температура поверхности моря в выбранном вами месте. С 2000 года в этом районе наблюдаются более высокие средние температуры, что может поставить этот район под угрозу обесцвечивания кораллов.
- Закройте панели Sea Surface Temperature - Change in mean cfsrsst over Standard Time и Свойства диаграммы.
Примечание:
Закрытие диаграммы не удаляет ее из проекта. Диаграмма доступна в виде элемента на панели Содержание.
- Сохраните проект.
Вычисление трендов и прогнозов температуры на поверхности моря
Используя дополнительные многомерные инструменты, вы можете анализировать тренды в данных. Понимание существующих трендов полезно для прогнозирования того, какие области будут нагреваться и подвергаться риску обесцвечивания кораллов. Поскольку коралловые рифы с богатым биологическим разнообразием сильно сконцентрированы в регионе вокруг Австралии и Индонезии, вы ограничите анализ этой областью.
- На ленте щелкните вкладку Карта. В группе Навигация нажмите кнопку Перейти к XY.
Под картой появляется панель навигации. Вы можете использовать эту панель для перехода к местоположению по его долготе и широте.
- В навигационной панели для Долготы введите 127 E, а для Широты укажите 10 S.
- Нажмите Enter.
Карта центрируется по выбранным вами координатам. Но масштаб карты по-прежнему определен как весь мир.
- Под картой в поле масштаба введите 42500000 и нажмите Enter.
Карта приблизится к Веллингтону. Эта область представляет собой важнейшую часть как местных, так и глобальных коралловых экосистем и находится под серьезной угрозой обесцвечивания. Вы будете использовать этот экстент для остальной части вашего анализа, поэтому не изменяйте его.
Подсказка:
Если вы случайно изменили экстент, вы можете вернуться к нему, нажав кнопку Предыдущий экстент в группе Навигация на вкладке Карта.
Далее вы изучите тренды в данных.
- На ленте щелкните вкладку Многомерные. В группе Анализ щелкните Тренд.
Инструмент Создать растр тренда появляется на панели Геообработка. Этот инструмент оценивает тренд для каждого пиксела в многомерном растровом слое на основе одной или нескольких переменных.
Большинство параметров по умолчанию подходят для вашего анализа. Слой Sea Surface Temperature является входным слоем, в качестве размерности применяется StdTime, и отмечена переменная cfsrsst. Вы измените тип линии тренда с линейной на гармоническую. Гармоническая линия тренда лучше всего используется для данных, которые следуют циклической закономерности , например сезонной температуре.
- На панели Геообработка для Тип тренда выберите Гармоническая.
Примечание:
Инструмент Создать растр тренда создает выходные данные, которые используют облачный растровый формат (.crf). Формат .crf оптимизирован для облачной обработки и аналитики, а также может быть отображен и обработан в ArcGIS Pro.
Поскольку ваш набор данных большой, и обработка может занять несколько минут, вы примените экстент обработки, чтобы ограничить анализ регионом вокруг Австралии и Индонезии.
- Выберите вкладку Параметры среды. В разделе Экстент обработки для Экстента выберите Текущий экстент отображения.
Примечание:
Изменение параметров среды для инструмента Геообработки перезаписывает параметры анализа по умолчанию и выходные установки, связанные с проектом.
Экстент обработки анализа изменяется на экстент текущей карты.
- Щелкните Запустить.
Примечание:
В зависимости от скорости обработки вашего компьютера запуск инструмента может занять несколько минут.
Инструмент обрабатывает входной файл и создает выходной файл Sea Surface Temperature_Generate Trend.crf, который добавляется в качестве слоя к карте.
Фиолетовые области становятся теплее, в то время как зеленые области становятся холоднее. Большая часть области на вашей карте со временем становится теплее. Вы можете использовать этот результат анализа тренда для прогнозирования температуры поверхности моря.
- На панели Содержение снимите отметку со слоя Sea Surface Temperature, чтобы выключить его.
- На ленте, на вкладке Многомерный в группе Анализ щелкните Прогнозировать.
Подсказка:
Убедитесь, что выбран слой Sea Surface Temperature_GenerateTrend.crf, чтобы активировать инструмент Прогнозировать в группе Анализ.
Инструмент Прогнозировать, используя растр тренда появляется на панели Геообработка. Этот инструмент использует растровый слой тренда для создания нового набора многомерных данных.
Параметры Входной растр тренда и Переменные уже заданы для вашего растра тренда (Sea Surface Temperature_GenerateTrend.crf) и переменной температуры поверхности моря (cfsrsst) соответственно. Параметр Определение размера задает значения или интервалы, которые предсказывает инструмент. Вы установите его на недельный интервал с 1 января 2011 года по 1 января 2022 года.
- На панели Геообработка измените следующие параметры:
- Для Выходного многомерного растра введите Sea_Surface_Temperature_Predict.crf.
- Для Определения измерения выберите По интервалу.
- Для Начала введите 2011-01-01T00:00:00.
- Для Окончания введите 2022-01-01T00:00:00.
- Если требуется для Интервала значения введите 1.
- Для Единиц измерения выберите Недели.
- Щелкните Запустить.
Инструмент Прогнозировать, используя растр тренда запускается, и на карту добавляется слой тренда прогнозируемых значений температуры поверхности моря.
Примечание:
Когда слой Sea_Surface_Temperature_Predict.crf добавляется на карту, он может изначально не отображаться. Если он не отображается, попробуйте обновить карту и снять отметку Кэш слоя в свойствах слоя.
Слой отображает средненедельные прогнозированные значения температуры поверхности моря за период с января 2011 года по декабрь 2021 года. Как и в случае с исходным многомерным растровым слоем, вы можете исследовать недельные временные срезы с помощью инструментов вкладки Многомерный.
- На панели Содержание снимите отметку со слоя Sea Surface Temperature_GenerateTrend.crf, чтобы выключить его.
- На ленте во вкладке Многомерный в группе Срез текущего отображения раскройте ниспадающее меню StdTime.
Временные срезы начинаются с 1 января 2011 года и продолжаются с интервалом в семь дней, пока не достигнут 1 января 2022 года.
Прогнозируемая карта температуры поверхности моря все еще не говорит вам, где могут произойти события обесцвечивания кораллов. Но вы можете использовать прогнозируемые значения недельной температуры и дополнительные инструменты геообработки для многомерных данных для идентификации аномалий и выделения областей, в которых наиболее вероятен процесс обесцвечивания кораллов.
- Нажмите в любом месте вне ниспадающего меню, чтобы закрыть его.
- Сохраните проект.
Вы проанализировали тренды в ваших данных о температуре поверхности моря и использовали эти тренды для прогнозирования будущих температур поверхности моря. Затем вы будете применять созданные вами слои, чтобы предсказать, где будут происходить события обесцвечивания кораллов.
Прогнозирование мест, где вероятно обесцвечивание кораллов
Обесцвечивание кораллов происходит там, где температура воды вокруг рифов сохраняет тенденцию к повышению в течении долгого времени. Теперь, когда вы использовали анализ тренда для прогнозирования температуры поверхности моря до 1 января 2022 года, вы проанализируете данные прогноза, чтобы найти места, где температура воды остается теплой в течение длительных периодов времени.
Прогнозирование мест обесцвечивание кораллов
Сначала вы вычислите аномалии в своих данных. В этом контексте аномалия - это отклонение наблюдаемого значения от его среднего значения. Ваш анализ покажет области с более высокими температурами, чем в среднем.
- Если необходимо, откройте ваш проект Coral Bleaching Prediction в ArcGIS Pro.
- На ленте щелкните вкладку Многомерные. В группе Анализ щелкните Аномалия.
Инструмент Создать многомерную аномалию открывается на панели Геообработка. Вы настроите параметры инструмента таким образом, чтобы аномалии определялись путем сравнения среднемесячной температуры в каждом месте с общей средней температурой.
- На панели Геообработка измените следующие параметры:
- Для Выходного многомерного растра введите Sea_Surface_Temperature_GenerateAnom.crf.
- Для Интервала вычисления среднего выберите Ежемесячно.
- Щелкните Запустить.
Инструмент Создание многомерной аномалии запускается и на карту добавляется слой Sea_Surface_Temperature_GenerateAnom.crf.
Области голубого цвета соответствуют участкам, где температура воды ниже среднего, а области желтого и красного цвета, соответственно, показывают участки, где температура выше среднего. Большая часть территории между Австралией и Индонезией отображается желтым цветом на отображаемом временном отрезке.
Как и другие ваши многомерные наборы данных, этот набор данных имеет временные интервалы. В некоторых районах температура может быть выше средней в течение одной недели, но ниже средней температуры на следующей неделе. Поскольку обесцвечивание кораллов происходит, когда температура поверхности моря остается высокой в течение длительного периода времени, вы рассчитаете статистику для своих данных о температуре поверхности, чтобы определить, как часто в местах наблюдаются высокие температуры (от 0,1 до 5 градусов выше среднего).
- На панели Содержание отключите слой Sea_Surface_Temperature_Predict.crf.
- На вкладке Многомерный в группе Анализ щелкните Найти статистику аргументов.
Инструмент Найти статистику аргументов открывается на панели Геообработка. Этот инструмент извлекает значения или диапазоны, в которых достигается заданная статистика. Так как вы установили параметр Тип статистики на Продолжительность, вы можете найти количество недель подряд, когда температура поверхности моря повышается для каждого местоположения. Когда температура повышается в течение длительного периода времени, происходит обесцвечивание кораллов.
- На панели Геообработка задайте следующие параметры:
- Для Выходного растра введите Sea_Surface_Temperature_Statistics.crf.
- Для Типа статистики выберите Продолжительность.
- Для Определения измерения выберите Ключевое слово интервала.
- Для Ключевого слова интервала выберите Ежегодно.
- Для Минимального значения введите 0.1.
- Для Максимального значения введите 5.
С этими параметрами инструмент найдет количество недель в году, когда температура на 0,1–5 градусов выше средней для каждого местоположения.
- Щелкните Запустить.
Инструмент запустится, и слой аномалий добавится на карту.
Области синего цвета - это места, где температура выше среднего только в течение нескольких недель, а области желтого и красного цвета - это участки, где температура выше среднего в течение более длительного времени. В настоящий момент в районе между Австралией и Индонезией не будет высоких температур в течение длительного времени. Однако в этом наборе данных есть годовые временные интервалы с 2011 по 2021 год.
- На панели Содержание отключите слой Sea_Surface_Temperature_GenerateAnom.crf.
- На вкладке Многомерный в группе Срез текущего отображения щелкните кнопку Воспроизвести разрезы по StdTime.
На карте один за другим отображаются временные отрезки. По мере того, как временные интервалы достигают 2021 года, все больше и больше регионов испытывают более длительные температуры выше средних.
В некоторых районах, например в районе к северо-востоку от Новой Гвинеи, наблюдаются экстремальные продолжительные периоды повышения температуры. В других районах периоды повышения температуры имеют меньшую, но все же тревожную продолжительность. В районе между Австралией и Индонезией, по всей видимости, длительное время не наблюдается температура выше средней.
Из этого анализа вы можете сделать вывод, что в вашем районе исследования обесцвечивания кораллов не ожидаются до 2022 года. Однако в других регионах мира кораллы могут обесцвечиваться.
- Когда анимация закончится, сохраните проект.
В этом уроке вы прогнозировали возможное обесцвечивание кораллов, используя исторические данные значений температуры поверхности моря и инструменты геообработки для работы с многомерными данными. Во-первых, вы обнаружили тренды изменения средней температуры воды в каждом месте во времени. Используя тренды, вы спрогнозировали температуру поверхности моря на следующие несколько лет. Вы определили аномально высокие температуры и количественно определили продолжительность этих аномальных температур. Определив области, в которых наблюдается повышение температуры воды в течении продолжительного времени, вы можете идентифицировать местоположения, в высокой степени подверженные обесцвечиванию кораллов, которое, в свою очередь, ведет к серьезным экологическим проблемам.
Подсказка:
Вы можете создать карту предупреждений для станций наблюдения за состоянием коралловых рифов: создайте карту, которая поможет идентифицировать, определять степень серьезности и управлять состоянием на коралловых рифах. Используя векторный слой Living Atlas NOAA Coral Reef Watch (CRW) Virtual Stations и инструмент Зональной статистики (также расположенный на вкладке Многомерный), определите количество недель, в которое на каждом рифе наблюдается повышение значений температуры. Результат можно опубликовать и предоставить группам охраны окружающей среды с помощью ArcGIS Operations Dashboard. Например, см. Coral Reefs at Risk of Bleaching.
Многомерные данные часто используются для изучения климатических процессов и состояния мирового океана. Кроме поиска мест, где возможно обесцвечивание кораллов, похожие инструменты и процессы можно использованы для изучении тенденций изменения температуры, осадков и солености океана. Многомерные инструменты геообработки, использованные на этом уроке, могут помочь найти ответы на множество важнейших вопросов в мире сегодня.
Вы можете найти больше учебных пособий в галерее учебных пособий.
