python matplotlib quiver——畫箭頭、風場
https://matplotlib.org/api/pyplot_api.html#matplotlib.pyplot.quiver
上面是官方文件的連結
箭頭關鍵的一個引數是長度，長度可以通過引數scale來設定，如果你多次使用quiver()，只要保證引數scale一致，那麼箭頭長度就會與風速
的值成正比，可按照下面我貼出的程式碼那樣設定引數。建議scale設定成30-50，100之內也都還可以。箭頭寬度可以通過width=0.005開始設定。箭頭顏色可以通過傳入顏色列表來控制。
Axes.quiver(*args, data=None, **kw)
用於畫二維的箭頭
呼叫quivers有以下幾種形式（signatures）：
quiver(U, V, **kw)
quiver(U, V, C, **kw)
quiver(X, Y, U, V, **kw)
quiver(X, Y, U, V, C, **kw)U、V是箭頭資料（data），X、Y是箭頭的位置，C是箭頭的顏色。這些引數可以是一維或二維的陣列或序列。
如果X、Y不存在（absent），他們將作為均勻網格被生成。如果U和V是2維的陣列，X和Y是1維陣列，並且len(X)和len(Y)與U的列（column）和行（row）緯度相匹配（match），那麼X和Y將使用
預設設定會自動將箭頭的長度縮放到合理的大小。要改變箭頭的長度請參看 scale 和scale_units兩個關鍵字引數（kwargs:關鍵字引數，參看文章最後有關鍵字引數與可變引數的區別）
預設值給出一個稍微後掠（swept-back）的箭頭；若要使箭頭頭部呈三角狀，則要確保headaxislength與headlength相同。若要使箭頭更尖銳（more pointed），則應減小headwidth或者增大headlength和headaxislength。若要使箭頭頭部相對於箭桿（shaft）更小一些，則應將所有頭部引數都減小（scale down）。你最好不要單獨留下minshaft（You will probably do best to leave minshaft alone.）
線寬和邊緣顏色可以用於自定義箭頭輪廓（outlines）。
| 引數 |
X: 1D or 2D array, sequence, optional 1維或2維陣列，序列(sequence)，可自選（optional） 箭頭位置的x座標 |
| Y:1D or 2D array, sequence, optional 1維或2維陣列，序列，可自選 箭頭位置的y座標 |
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| U: 1D or 2D array or masked array, sequence 1維或2維陣列或掩碼陣列（參看masked array https://blog.csdn.net/liukai2918/article/details/78419302），序列 箭頭向量的x分量 |
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| V:1D or 2D array or masked array, sequence 1維或2維陣列或掩碼陣列，序列 箭頭向量的y分量 |
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| C: 1D or 2D array, sequence, optional 1維或2維陣列，序列(sequence)，可自選 箭頭顏色 |
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| units（單位）: [ 'width' | 'height' | 'dots' | 'inches' | 'x' | 'y' | 'xy' ] 箭頭尺寸（除長度外）以此單位的倍數計算——即是說選定單位後，箭頭尺寸即是此單位的倍數 ‘width’或’height’：軸（axis）的寬度或高度 ‘dots’或’inches’：畫素或英寸，基於圖的dpi ‘x’, ‘y’或‘xy’：分別是X、Y或X2+Y2 箭頭依單位不同而不同。對於’x’或’y’，箭頭會隨著其一的增大（zoom in）而增大；對於其他單位，箭頭的大小與縮放狀態（zoom state）無關。對於’width’或’height’，當視窗重置時，箭頭的大小會隨著軸（axes）的寬度和高度的增大而增大；低於同意’dots’或’inches’。重置不會改變箭頭。 |
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| angles: [‘uv’ | ‘xy’], array, 可自選 用於決定箭頭角度的方法，預設是’uv’ ‘uv’:箭頭的縱橫比（axis aspect ratio）為1，所以若U*==*V，則繪圖上箭頭的方向與水平軸逆時針呈45度（正向右）。 ‘xy’: 箭頭從（x，y）指向（x + u，y + v）。例如，使用它來繪製漸變場(gradient field)。 或者，可以將任意角度指定為以水平軸逆時針方向的度數值的陣列。 注意：反轉資料軸將相應地僅使用angles='xy'反轉箭頭。 |
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| scale : None, float, optional 每個箭頭長度單位的資料單位數量，例如，每個繪圖寬度m / s；引數scale越小箭頭越長。預設是None 若是None，一個簡單的自動縮放演算法將被採用，基於平均向量長度和適量的數量。箭頭長度單位由scale_units引數給出。 |
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| scale_units : [ 'width' | 'height' | 'dots' | 'inches' | 'x' | 'y' | 'xy' ], None, optional 如果關鍵字引數scale是None，那麼箭頭長度單位預設是None 例如：scale_units是’inches’，scale是2.0，(u,v)=(1,0)，那麼向量將會是0.5英寸長。 如果scale_units是’width/height’，那麼向量長度是軸’width/height’的半長 如果scale_units是’x’那麼向量是x軸單位的0.5倍。要在x-y平面上畫向量，使得u和v與x和y有相同的單位，則應另angles=’xy’, scale_units’xy’, scale=1. |
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| width : scalar(標量), optional 箭桿（shaft）的寬度，以箭頭單位衡量。預設是由以上單位的選擇和向量數量來決定。常用的初始值是0.005倍的畫的寬度（width of the plot） |
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| headwidth : scalar, optional |
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| 頭部寬度相對於箭桿寬度的倍數，預設是3倍 |
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| headlength : scalar, optional 軸交叉處的頭部長度，預設是4.5 |
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| minshaft : scalar, optional 箭頭比例的長度，以頭部長度為單位。不要將其設定為小於1，否則小箭頭看起來會很糟糕 |
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| minlength : scalar, optional 最小長度為軸寬的倍數；如果箭頭長度小於此值，則繪製該直徑的點（六邊形）。預設值為1 |
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| pivot : [ 'tail' | 'mid' | 'middle' | 'tip' ], optional 箭頭在網格點上的部分;箭頭圍繞這一點旋轉，因此稱為樞軸。 |
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| color : [ color | color sequence ], optional 這是PolyCollection facecolor kwarg的同義詞。如果設定了C，顏色就沒有效果。 |
的資料單位（data units）
quiver(*args, **kw)
import matplotlib.pyplot as plt
import math
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
from pylab import *
import numpy as np
mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
for i in range(1,3):
plt.subplot(2, 1, i)
ax = plt.gca()
wind = [x for x in range(1,9)]
# angle = [45*x for x in range(0,8)]
# lon = list(np.linspace(113.8, 114.6, 8))
lat = list(np.linspace(22.4, 22.85, 8))
# wind = [2]*8
angle = [90]*8 # 為方便比較長度，箭頭方向設定成一樣
lon = [114.27] * 8 # 為方便比較長度，箭頭經度設定成一樣
# 指定地圖範圍、投影方式（projection）等 area_thresh是與湖泊等在地圖上顯示相關的引數
m = Basemap(llcrnrlon=113.7, llcrnrlat=22.35, urcrnrlon=114.7, urcrnrlat=22.9,\
rsphere=(6378137.00,6356752.3142),\
resolution='l', area_thresh=1000., projection='lcc', lat_1=22.5, lat_0=22.5, lon_0=114,ax=ax)
lon, lat = m(*(lon, lat))
# 一系列的U、V
ver = [-spd*math.sin(math.radians(agl)) for spd,agl in zip(wind, angle)] # U分量
hriz = [-spd*math.cos(math.radians(agl)) for spd,agl in zip(wind, angle)] # V分量
print(ver, '\n', hriz)
ax=plt.gca()
#下面兩行是讀取地圖中的shape檔案，即輪廓圖
# m.readshapefile(r'G:\深圳季風研究\gadm36_HKG_shp\gadm36_HKG_0', 'states',color='grey') #HongKong
# # m.readshapefile(r'G:\深圳季風研究\gadm36_CHN_shp\gadm36_CHN_3', 'states',color='grey') #Mainland in given lon and lat
# m.readshapefile(r'G:\深圳季風研究\gadm36_sz_shp\Bon_data\xzq_sz_pop', 'states', color='grey')
m.scatter(lon, lat, s=2, color='goldenrod', marker="o") #根據經緯度，畫出對應站點位置
ax.set_title('風場')
# ax.quiver(lon, lat, ver, hriz, units='width', scale=2, width=0.01, color='deepskyblue')
ax.quiver(lon, lat, ver, hriz, color='deepskyblue', width=0.005, scale=30)
for i, wspd in enumerate(wind):
ax.annotate(str(wspd), (lon[i], lat[i]))
# 在圖上新增一些文字資訊
plt.text(0.6,0.9, r'$mean: $'+str(18) + '°', color='forestgreen',transform=ax.transAxes, fontweight='extra bold')
plt.text(1.02,0.6, r'$S: $' + str(18) + '%', color='forestgreen',transform=ax.transAxes, fontweight='heavy')
plt.text(1.02,0.4, r'$N: $', color='forestgreen',transform=ax.transAxes, fontweight=100)
# 畫經緯度網格
m.drawmeridians([114.0,114.4], labels=[1,0,0,1]) # meridian：子午線，經線 arange指明範圍和間隔
m.drawparallels(np.arange(15, 30, 0.3), labels=[1,0,0,0]) # 畫緯度平行線
# 比例尺長度的U、V值和位置
q_lon, q_lat = m(*(114.27, 22.75))
spd = 2
angle_all = 90
ver_all = -spd*math.sin(math.radians(angle_all))
hriz_all = -spd*math.cos(math.radians(angle_all))
# ax.quiver(q_lon, q_lat, ver_all, hriz_all, color='g', pivot='mid') # mid是旋轉樞紐在中間，預設在尾部
ax.quiver(q_lon, q_lat, ver_all, hriz_all, color='g', scale=30)
# 畫比例尺
plt.text(0.82,0.1, r'$scale:$', color='r',transform=ax.transAxes, fontweight=100, fontsize=8)
plt.text(0.82,0.03, r'$2m/s$', color='r',transform=ax.transAxes, fontweight=100, fontsize=8)
plt.quiver(95000, 3000, 3, hriz_all, color='r', width=0.005, scale=50)
print(-ver_all, hriz_all)
# 這一段與畫箭頭不相干，可忽略註釋掉 畫散點,為不同散點設定不同顏色
# Colors=('#DDDDFF','#7D7DFF','#0000C6','#000079','#CEFFCE','#28FF28','#007500','#FFFF93')
# sc = plt.scatter(lon, lat, s=100, color=Colors, marker="o") #根據經緯度，畫出對應站點位置
# for i,txt in enumerate(Colors):
# ax.annotate(txt,(lon[i],lat[i]), fontsize=5)
plt.show()
下面是程式碼執行結果：
未讀入shape檔案的結果：
讀入了shape檔案的結果
quiver(*args, **kw)
*args, **kw分別是可變引數和關鍵字引數，參考此文總結如下：
