Использование данных World Ocean Database в ArcGIS Pro
Извлечение и загрузка данных из базы данных Мирового океана
Данные WOD доступны в различных источниках. В этом упражнении вы будете использовать систему поиска WODselect, которая позволяет извлекать данные на основе географической области, даты и переменных. Вас интересует изучение начала сезона ураганов 2022 года в Мексиканском заливе, поэтому вы ограничите свой поиск соответствующим образом.
- Перейдите на страницу World Ocean Database Select and Search (Выбора и поиска в базе данных Мирового океана).
Примечание:
Если сайт WOD недоступен, вы можете скачать копию данных. Продолжайте читать руководство и начните выполнять шаги со следующего раздела.
Во-первых, вы настроите критерии, по которым вы будете искать данные. Вы хотите задать поиск по конкретному району (Мексиканский залив), конкретным датам (июнь 2022 года) и конкретной переменной (температура).
- В разделе Search Criteria (Критерии поиска) отметьте Geographic Coordinates (географические координаты), Observation Dates (даты наблюдения) и Measured Variables (измеряемые переменные).
- Нажмите кнопку Build a query (Построить запрос).
На следующей странице вы можете создать запрос для поиска данных по выбранным критериям.
- Для Географических координат введите следующее:
- Northern edge: 31
- Western edge: -99
- Eastern edge: -80
- Southern edge: 17
Эти координаты соответствуют Мексиканскому заливу.
Примечание:
Либо щелкните Draw Map (Нарисовать карту). Нажмите и удерживайте клавишу Shift. На карте щелкните и перетащите, чтобы нарисовать рамку вокруг Мексиканского залива. Щелкните Submit Coordinates (Подтвердить координаты).
- Для Даты наблюдений введите следующие значения:
Year [YYYY] Month [1-12] Day [1-31] From:
2022
6
1
To:
2022
6
30
1 июня в Атлантическом бассейне начинается сезон ураганов. Пик сезона приходится на сентябрь, но эти данные дадут вам представление о том, как развивалось начало сезона в 2022 году.
- В разделе Измеряемые переменные установите оба флажка рядом с пунктом Temperature (Температура).
Столбец 1 позволяет выбрать переменные, которые вас интересуют, но которые не обязательно должны присутствовать в каждом касте. Столбец 2 позволяет выбрать переменные, имеющие решающее значение для вашего анализа, гарантируя, что они будут присутствовать в каждом касте. Каст - это однократное размещение пакета инструментов в океане для сбора данных.
- Прокрутите страницу вниз и щелкните кнопку Get an Inventory (Получить реестр).
Для создания отчета по реестру может потребоваться несколько минут.
Примечание:
Если создание отчета по реестру занимает слишком много времени, вы можете загрузить копию данных. Продолжайте читать руководство и начните выполнять шаги со следующего раздела.
В отчете по реестру указывается количество кастов для каждого типа океанографических приборов, предполагаемый размер файла и приблизительное время извлечения.
- Щелкните кнопку Download Data (Загрузить данные).
- На следующей странице в разделе Выбор формата для netCDF выберите ragged array (массив неравной длины).
Для инструментов в ArcGIS Pro предполагается, что данные будут представлены в этом формате. NetCDF является форматом, предназначенным для хранения многомерных научных данных. Более подробную информацию о формате массивов неравной длины netCDF можно найти на сайте NCEI.
- Оставьте для остальных опций значения по умолчанию.
- В разделе Extract Data (Извлечение данных) введите свой email адрес и нажмите Extract Data (Извлечь данные).
В течение нескольких минут вы получите письмо с двумя ссылками для скачивания двух файлов.
- В электронном письме щелкните по каждой из ссылок с Именем файла, чтобы загрузить данные.
- Разархивируйте оба загруженных файла .gz в удобное для вас место.
Примечание:
Для распаковки файлов .gz вам может потребоваться установить приложение 7-zip. Либо загрузите копию данных с расширением файла .zip.
Разархивированные данные состоят из двух файлов netCDF: ocldb1712848812.21990_APB.nc и ocldb1712848812.21990_PFL.nc. В зависимости от того, как они были распакованы, они могут находиться в двух папках с одинаковыми именами.
Файлы названы по типу измерительных инструментов: наблюдения в файле APB были собраны Автономные батитермографами для ластоногих (датчики, прикрепленные к тюленям), а данные PFL были собраны профилирующими поплавками. Аббревиатуры и описания всех типов инструментов WOD можно найти в Вводном документе WOD.
Создание карты в ArcGIS Pro
Далее вы создадите новый проект в ArcGIS Pro, чтобы просмотреть данные WOD.
- Запустите ArcGIS Pro. При появлении запроса войдите в свою учетную запись ArcGIS.
Примечание:
Если у вас нет доступа к ArcGIS Pro или учетной записи организации ArcGIS, см. варианты доступа к программному обеспечению.
- Под Новым проектом щелкните Карта.
- В окне Новый проект для Имя введите Мексиканский залив, июнь 2022 г. Можете выбрать другое местоположение.
- Нажмите OK.
Появится карта.
Запуск инструмента Профили NetCDF в класс объектов
Далее необходимо добавить загруженные данные netCDF на карту. Поскольку это многомерные данные, их нельзя добавлять в ArcGIS Pro напрямую. Вы будете использовать инструмент геообработки для преобразования двух файлов netCDF в классы пространственных объектов.
- Щелкните вкладку Анализ на ленте. В группе Геообработка щелкните Инструменты.
Откроется панель Геообработка.
- В поисковой строке введите netcdf.
Появляется список инструментов, использующих или создающих формат данных netCDF.
- В результатах поиска щелкните Профили NetCDF в класс объектов (геометрия дискретной выборки).
Это один из нескольких инструментов в ArcGIS Pro, которые считывают данные в формате геометрии дискретной выборки. Вы выберете именно этот инструмент, потому что данные WOD, которые вы загрузили, структурированы в виде профилей. Профили - это серия связанных между собой наблюдений вдоль вертикальной линии, в данном случае - измерения температуры на разных глубинах.
- Для параметра Входные файлы или папки NetCDF щёлкните кнопку Обзор.
- Перейдите в место, куда вы распаковали данные из базы данных WOD. Выберите один из файлов .nc.
- Щелкните следующую кнопку Обзор и выберите другой файл .nc.
Примечание:
Если у вас есть папка с большим количеством файлов netCDF, вы можете указать на нее вместо того, чтобы добавлять файлы по отдельности.
Инструмент обновляет список трех переменных наблюдения:
- Temperature_WODflag (sea_water_temperature status_flag) записывает результаты проверки качества. Значение 0 указывает на то, что нет никаких проблем с наблюдением. Другие значения указывают на возможную проблему.
- Temperature_sigfigs (sea_water_temperature significant_figures) записывает количество значимых цифр в данных. ArcGIS Pro делает это автоматически, поэтому вам не нужна эта переменная.
- Temperature (sea_water_temperature, degree_C) содержит данные об измерении температуры.
- Для Переменные наблюдений поставьте флажки для Temperature_WODflag (sea_water_temperature status_flag) и Temperature (sea_water_temperature, degree_C).
- Для Переменные экземпляра поставьте отметку дата (дата).
- Для Схема вывода убедитесь, что выбраны Экземпляр и Наблюдение.
В этом примере экземплярами являются касты. Они содержат пространственную информацию и дату. Наблюдения - это измерения каждого каста. Они содержат данные измерений температуры на разных глубинах.
Схема Экземпляр и наблюдение приведет к созданию класса пространственных объектов из 2D точек (экземпляров) и связанной с ним таблицы, содержащей переменные температуры (наблюдения).
Затем вы дадите имена слоям, которые будет создавать инструмент.
- Для Имя выходной точки или полилинии введите gulf_instances.
- Для Имя выходной таблицы соединения или события введите gulf_observations.
- Для Выходной слой соединения введите gulf_join.
Выходной слой соединения является необязательным параметром и доступен только в том случае, если для Схемы вывода выбрано значение Экземпляр и наблюдение. Он объединяет экземпляры и наблюдения в один слой. Вы будете использовать их позже в этом уроке.
- Щелкните Запустить.
Изучение данных
На панель Содержание добавляются три слоя: gulf_join, gulf_instances и gulf_observations. Данные появляются на карте в виде точек, разбросанных по Мексиканскому заливу.
Далее вы узнаете, как структурированы эти данные и где они хранятся.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши слой gulf_instances и выберите Таблица атрибутов.
Под картой появится таблица, содержащая дату и время каждого каста.
Этот слой также содержит местоположение каждого каста, видимое на карте.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой gulf_observations и выберите Открыть.
Появится еще одна таблица. Этот слой представляет собой отдельную таблицу, то есть не содержит пространственной информации. В нем содержатся данные измерений температуры и глубины для каждого наблюдения.
Эти два слоя можно объединить с помощью общего поля (InstanceID) и инструмента геообработки Добавить соединение. Однако в этом нет необходимости, поскольку инструмент Профили NetCDF в класс объектов уже создал объединенный слой: gulf_join.
- Закройте обе открытые таблицы. На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши слой gulf_join и щелкните Таблица атрибутов.
Этот слой полезнее для вас, чем два других. Он содержит множество объектов с одинаковым значением InstanceID и одинаковым местоположением, но разными значениями ObservationID, глубины и температуры.
Под таблицей появится предупреждение Дублирование строк. Это ожидаемый результат объединения «один-ко-многим», его можно игнорировать.
- Закройте таблицу атрибутов.
Экспорт присоединяемого слоя
Слой gulf_join является временным. Он был создан инструментом Профили NetCDF в класс объектов, чтобы позволить вам быстро изучить выходные данные без создания потенциально большого файла на диске. Чтобы использовать этот слой в других инструментах геообработки, вы должны скопировать его в постоянный класс пространственных объектов.
- В верхней части панели Геообработка нажмите кнопку Назад.
- Найдите и откройте инструмент Копировать объекты.
- Для Входных объектов выберите gulf_join. В окошке Выходной класс объектов введите Temperature_June2022.
- Щелкните Запустить.
На панели Содержание появится новый слой. Новый слой, Temperature_June2022, сохраняется на диске, в базе геоданных вашего проекта. Старый слой (gulf_join) хранился только в памяти. Новый слой можно использовать в качестве входного в других инструментах геообработки.
Примечание:
Чтобы просмотреть базу геоданных проекта, на ленте щелкните вкладку Вид. В группе Окна щелкните Панель Каталог. На панели Каталог щелкните вкладку Проект и раскройте Базы данных.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши gulf_join и выберите Удалить.
- Также удалите слои gulf_instances и gulf_observations.
- Щелкните правой кнопкой на карте и укажите Выбрать объекты.
- На карте, обведите рамкой любую изолированную точку, чтобы выделить ее.
Кнопка Приблизить к выбранным объектам под картой записывает количество выбранных пространственных объектов. Это большое число, потому что каждое наблюдение теперь записывается как отдельный пространственный объект, и для каждого каста записывается множество наблюдений.
- Щелкните в любом месте на карте, чтобы отменить выборку пространственного объекта.
Фильтрация слоя
Затем вы отфильтруете данные, чтобы показать только достоверные наблюдения и те, которые находятся в пределах 5 метров от поверхности океана.
- На панели Каталог щелкните правой кнопкой мыши Temperature_June2022 и выберите Свойства.
- В окне Свойства слоя щелкните вкладку Определяющий запрос и выберите Новый определяющий запрос.
- Щелкните меню Выбрать поле и выберите sea_water_temperature status_flag (Temperature_WODflag).
Это поле было создано как часть процесса контроля качества, и в нем отмечаются наблюдения, которые потенциально ненадежны.
- Во втором меню выберите равно. В третьем меню введите 0.
- Щелкните Добавить условие.
- Постройте второе условие так, чтобы оно читалось как И Z меньше 5.
Этот запрос отфильтрует слой только для надежных наблюдений вблизи поверхности моря.
- Щелкните Применить, затем ОК.
Полученный набор данных содержит только готовые к анализу наблюдения у поверхности.
Изменение символов слоя
Затем вы подберете символы для данных на карте, чтобы лучше отобразить температурные измерения и выявить пространственные закономерности.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой Temperature_June2022 и выберите Символы.
Появится панель Символы.
- На панели Символы в разделе Основные символы выберите Неклассифицированные цвета.
Этот метод применяет диапазон цветов к точкам на основе числового поля.
- Для Поле выберите sea_water_temperature (Температура).
На панели Содержание легенда показывает, что температура находится в диапазоне от 25 до 31 градусов Цельсия (от 77 до 88 градусов Фаренгейта).
По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), для образования ураганов температура поверхности моря должна превышать 26 градусов Цельсия. Согласно этой карте, в июне 2022 года еще оставались места, где ураганы могли ослабнуть, но в основном Мексиканский залив был достаточно теплым, чтобы поддерживать их.
Поскольку все наблюдения в вашем слое теплые, вы выберете цветовую схему, в которой будут только теплые цвета.
- На панели Символы, для Цветовой схемы выберите Желто-красная. (Наведите курсор на цветовую схему, чтобы прочитать название.)
Сделайте символы немного меньше, чтобы было легче читать карту, где они сгруппированы вместе.
- На панели Символы нажмите на серый кружок рядом с Шаблоном.
- Если необходимо, щелкните вкладку Свойства и вкладку Символ.
- Установите значение Размера на 6 pt.
- Убедитесь, что в нижней части панели включено Авто-применение или щелкните кнопку Применить.
На карте красные точки обозначают самые теплые температуры, а желтые - самые холодные.
Самые низкие температуры наблюдаются на восточном побережье Флориды, за пределами Мексиканского залива. В остальном четкой пространственной картины не видно.
- Закройте панель Символы и панель Геообработка.
Создание диаграммы
Пока что вы обнаружили, что в июне 2022 года воды в заливе были достаточно теплыми для возникновения урагана, но карта не показывает никаких четких закономерностей. Это связано с тем, что вы одновременно просматриваете данные за весь месяц. Температура поверхности моря может меняться ежедневно - на нее влияют количество солнечной радиации, ветер и меняющиеся океанические течения. Далее, чтобы изучить температуру поверхности моря во времени, вы построите график.
- В панели Содержание щелкните правой кнопкой слой Temperature_June2022, выберите Создать диаграмму и щелкните Диаграмма-график.
Появится пустой вид диаграммы и панель Свойства диаграммы.
- На панели Свойства диаграммы на вкладке Дата или число выберите Время (UTC).
- В разделе Агрегирование выберите Среднее.
- Для параметра Числовые поля щелкните Выбрать и выберите sea_water_temperature (Температура).
- Щелкните Применить или щелкните вне меню.
В виде диаграммы появляется линия.
- Включите опцию Сгладить линию. Для остальных параметров оставьте установленными значения по умолчанию.
На диаграмме показан устойчивый рост средней температуры поверхности Мексиканского залива в июне.
Данные из базы данных Мирового океана помогут найти решения проблем, связанных с климатом, экосистемами и «голубой экономикой». В этом уроке вы загрузили наблюдения и нанесли их на карту в ArcGIS Pro. Вы узнали, как находить и запускать инструменты геообработки, исследовать пространственные данные, фильтровать и экспортировать слои, настраивать символы для карты и создавать диаграммы.
Это только начало подхода к изучению и анализу этих данных. Ниже приведены рекомендации о том, что вы можете попробовать сделать дальше:
- Изучить другую область исследования. База данных Мирового океана - это глобальный набор данных. Найдите интересующую вас область или место, где, по вашим сведениям, в океане есть проблема.
- Изучить другую переменную. База данных Мирового океана содержит множество переменных. Влияет ли развитие прибрежных районов на уровень кислорода? Влияют ли опреснительные установки на соленость океана?
- Изучить толщу воды. В этом уроке вы использовали только наблюдения вблизи поверхности. В инструменте Профили NetCDF в класс объектов измените параметр Схема вывода на Точки 3D. Затем используйте инструмент геообработки ОВР 3D для создания вокселов водной толщи. (Этому инструменту требуется лицензия дополнительного модуля Geostatistical Analyst).
Вы можете найти больше учебных пособий в галерее учебных пособий.
