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Line 
1#!/usr/bin/env python
2# -*- coding: utf-8 -*-
3import string
4import numpy as np
5import matplotlib.pyplot as plt
6from pylab import *
7from mpl_toolkits.basemap import Basemap
8from mpl_toolkits.basemap import shiftgrid, cm
9from netCDF4 import Dataset
10import arctic_map # function to regrid coast limits
11import cartesian_grid_test # function to convert grid from polar to cartesian
12import scipy.special
13import ffgrid2
14import map_ffgrid
15from matplotlib import colors
16from matplotlib.font_manager import FontProperties
17import map_cartesian_grid
18
19
20###############################
21# time period characteristics #
22###############################
23MONTH = np.array(['01', '02', '03', '04', '05', '06', '07', '08', '09', '10', '11', '12'])
24month = np.array(['JANUARY', 'FEBRUARY', 'MARCH', 'APRIL', 'MAY', 'JUNE', 'JULY', 'AUGUST', 'SEPTEMBER', 'OCTOBER', 'NOVEMBER', 'DECEMBER'])
25month_day = np.array([31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31])
26M = len(month)
27
28
29########################
30# grid characteristics #
31########################
32x0 = -3000. # min limit of grid
33x1 = 2500. # max limit of grid
34dx = 40.
35xvec = np.arange(x0, x1+dx, dx)
36nx = len(xvec) 
37y0 = -3000. # min limit of grid
38y1 = 3000. # max limit of grid
39dy = 40.
40yvec = np.arange(y0, y1+dy, dy)
41ny = len(yvec)
42
43
44
45
46############################################
47# time evolution (monthly) in a given zone #
48############################################
49#zone 1 (seasonal ice) : yi = 960. // yf = 1360. // xi = -680. // xf = -320. (North Beaufort Sea)
50#zone 2 (multiyear ice) : yi = 320. // yf = 720. // xi = -1080. // xf = -720. (North Canadian Archipelago)
51#zone 3 (young ice) : yi = 1880. // yf = 2280. // xi = -480. // xf = -120. (Chukchi Sea)
52
53# select borders of zone
54yi = 320. 
55yf = 720.
56xi = -1080.
57xf = -720.
58
59#find corresponding index in xvec and yvec
60xxi = np.where(xvec == xi)[0][0]
61xxf = np.where(xvec == xf)[0][0]
62yyi = np.where(yvec == yi)[0][0]
63yyf = np.where(yvec == yf)[0][0]
64
65len(xvec[xxi:xxf+1])
66len(yvec[yyi:yyf+1])
67
68
69mean_grad_ratio_zone = np.zeros([M, 31], float) # 2D-array of zonal mean gradient ratio for each day in each month
70std_grad_ratio_zone = np.zeros([M, 31], float) # 2D-array of zonal std of gradient ratio for each day in each month
71
72mean_spec_anom_23_zone = np.zeros([M, 31], float) # 2D-array of zonal mean emis_spec spatial anomaly for each day in each month (at 23GHz)
73std_spec_anom_23_zone = np.zeros([M, 31], float) # 2D-array of zonal std of emis_spec spatial anomaly for each day in each month (at 23GHz)
74
75mean_spec_anom_89_zone = np.zeros([M, 31], float ) # 2D-array of zonal mean emis_spec spatial anomaly for each day in each month (at 89GHz)
76std_spec_anom_89_zone = np.zeros([M, 31], float) # 2D-array of zonal std of emis_spec spatial anomaly for each day in each month (at 89GHz)
77
78mean_ratio_anom_89_zone = np.zeros([M, 31], float) # 2D-array of zonal mean emis_ratio spatial anomaly for each day in each month (at 89GHz)
79std_ratio_anom_89_zone = np.zeros([M, 31], float) # 2D-array of zonal std of emis_ratio spatial anomaly for each day in each month (at 89GHz)
80
81S = np.zeros([M, 31], float) # number of data pixels in selected zone, per day and per month
82
83for imo in range (0, M): 
84    # daily read gradient ratio file
85    print 'read daily gradient ratio for month ' + month[imo]
86    fichier_grad_ratio = Dataset('/net/argos/data/parvati/lahlod/ARCTIC/monthly_GLACE/gridded_data/cartesian_grid/res_40/cartesian_grid_daily_grad_ratio_spec_23-89_near_nadir_AMSUA_' + month[imo] + '2009.nc', 'r', format = 'NETCDF3_CLASSIC')
87    gr = fichier_grad_ratio.variables['grad_ratio'][:]
88    fichier_grad_ratio.close()
89    # read daily emis anomaly file for 23GHz
90    print 'read daily emis anomaly 23GHz for month ' + month[imo]
91    fichier_anom23 = Dataset('/net/argos/data/parvati/lahlod/ARCTIC/monthly_GLACE/gridded_data/cartesian_grid/res_40/cartesian_grid_daily_data_lamb_spec_ratio_anomaly_near_nadir_AMSUA23_' + month[imo] + '2009.nc', 'r', format = 'NETCDF3_CLASSIC')
92    sa_23 = fichier_anom23.variables['spec_anomaly'][:]
93    fichier_anom23.close()
94    # read daily emis anomaly file for 89GHz
95    print 'read daily emis anomaly 89GHz for month ' + month[imo]
96    fichier_anom89 = Dataset('/net/argos/data/parvati/lahlod/ARCTIC/monthly_GLACE/gridded_data/cartesian_grid/res_40/cartesian_grid_daily_data_lamb_spec_ratio_anomaly_near_nadir_AMSUA89_' + month[imo] + '2009.nc', 'r', format = 'NETCDF3_CLASSIC')
97    sa_89 = fichier_anom89.variables['spec_anomaly'][:]
98    ra_89 = fichier_anom89.variables['ratio_anomaly'][:]
99    fichier_anom89.close()
100    grad_ratio_vec = np.zeros([month_day[imo], len(xvec[xxi : xxf+1]) * len(yvec[yyi : yyf+1])], float)
101    spec_anom_23_vec = np.zeros([month_day[imo], len(xvec[xxi : xxf+1]) * len(yvec[yyi : yyf+1])], float)
102    spec_anom_89_vec = np.zeros([month_day[imo], len(xvec[xxi : xxf+1]) * len(yvec[yyi : yyf+1])], float)
103    ratio_anom_89_vec = np.zeros([month_day[imo], len(xvec[xxi : xxf+1]) * len(yvec[yyi : yyf+1])], float)
104    print 'calculate daily mean and std zonal gradient ratio'
105    for ijr in range (0, month_day[imo]):
106        print 'date ' + str(ijr+1) + ' ' + month[imo] + ' 2009'
107        S[imo, ijr] = shape(gr[ijr, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1][nonzero(isnan(gr[ijr, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1]) == False)])[0]
108        # gradient ratio
109        grad_ratio_vec[ijr, :] = reshape(gr[ijr, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1], size(gr[ijr, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1]))
110        mean_grad_ratio_zone[imo, ijr] = mean(grad_ratio_vec[ijr, :][nonzero(isnan(grad_ratio_vec[ijr, :]) == False)])
111        std_grad_ratio_zone[imo, ijr] = sqrt((1. / (size(gr[ijr, yyi : yyf+1, xxi : xxf+1]) - 1.)) * sum((grad_ratio_vec[ijr, :][nonzero(isnan(grad_ratio_vec[ijr, :]) == False)] - mean_grad_ratio_zone[imo, ijr])**2))
112        # spec anomaly 23GHz
113        spec_anom_23_vec[ijr, :] = reshape(sa_23[ijr, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1], size(sa_23[ijr, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1]))
114        mean_spec_anom_23_zone[imo, ijr] = mean(spec_anom_23_vec[ijr, :][nonzero(isnan(spec_anom_23_vec[ijr, :]) == False)])
115        std_spec_anom_23_zone[imo, ijr] = sqrt((1. / (size(sa_23[ijr, yyi : yyf+1, xxi : xxf+1]) - 1.)) * sum((spec_anom_23_vec[ijr, :][nonzero(isnan(spec_anom_23_vec[ijr, :]) == False)] - mean_spec_anom_23_zone[imo, ijr])**2))
116        # spec anomaly 89GHz
117        spec_anom_89_vec[ijr, :] = reshape(sa_89[ijr, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1], size(sa_89[ijr, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1]))
118        mean_spec_anom_89_zone[imo, ijr] = mean(spec_anom_89_vec[ijr, :][nonzero(isnan(spec_anom_89_vec[ijr, :]) == False)])
119        std_spec_anom_89_zone[imo, ijr] = sqrt((1. / (size(sa_89[ijr, yyi : yyf+1, xxi : xxf+1]) - 1.)) * sum((spec_anom_89_vec[ijr, :][nonzero(isnan(spec_anom_89_vec[ijr, :]) == False)] - mean_spec_anom_89_zone[imo, ijr])**2))
120        # ratio anomaly 89GHz
121        ratio_anom_89_vec[ijr, :] = reshape(ra_89[ijr, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1], size(ra_89[ijr, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1]))
122        mean_ratio_anom_89_zone[imo, ijr] = mean(ratio_anom_89_vec[ijr, :][nonzero(isnan(ratio_anom_89_vec[ijr, :]) == False)])
123        std_ratio_anom_89_zone[imo, ijr] = sqrt((1. / (size(ra_89[ijr, yyi : yyf+1, xxi : xxf+1]) - 1.)) * sum((ratio_anom_89_vec[ijr, :][nonzero(isnan(ratio_anom_89_vec[ijr, :]) == False)] - mean_ratio_anom_89_zone[imo, ijr])**2))
124        if (isnan(mean_grad_ratio_zone[imo, ijr]) == True):
125            std_grad_ratio_zone[imo, ijr] = NaN
126        if (isnan(mean_spec_anom_23_zone[imo, ijr]) == True):
127            std_spec_anom_23_zone[imo, ijr] = NaN
128        if (isnan(mean_spec_anom_89_zone[imo, ijr]) == True):
129            std_spec_anom_89_zone[imo, ijr] = NaN
130        if (isnan(mean_ratio_anom_89_zone[imo, ijr]) == True):
131            std_ratio_anom_89_zone[imo, ijr] = NaN
132
133
134
135# append daily zonal gradient ratio for study of the whole year 2009
136mean_year_grad_ratio = np.append(mean_grad_ratio_zone[0, 0 : month_day[0]], mean_grad_ratio_zone[1, 0 : month_day[1]])
137std_year_grad_ratio = np.append(std_grad_ratio_zone[0, 0 : month_day[0]], std_grad_ratio_zone[1, 0 : month_day[1]])
138
139mean_year_spec_anom_23 = np.append(mean_spec_anom_23_zone[0, 0 : month_day[0]], mean_spec_anom_23_zone[1, 0 : month_day[1]])
140std_year_spec_anom_23 = np.append(std_spec_anom_23_zone[0, 0 : month_day[0]], std_spec_anom_23_zone[1, 0 : month_day[1]])
141
142mean_year_spec_anom_89 = np.append(mean_spec_anom_89_zone[0, 0 : month_day[0]], mean_spec_anom_89_zone[1, 0 : month_day[1]])
143std_year_spec_anom_89 = np.append(std_spec_anom_89_zone[0, 0 : month_day[0]], std_spec_anom_89_zone[1, 0 : month_day[1]])
144
145mean_year_ratio_anom_89 = np.append(mean_ratio_anom_89_zone[0, 0 : month_day[0]], mean_ratio_anom_89_zone[1, 0 : month_day[1]])
146std_year_ratio_anom_89 = np.append(std_ratio_anom_89_zone[0, 0 : month_day[0]], std_ratio_anom_89_zone[1, 0 : month_day[1]])
147
148year_S = np.append(S[0, 0 : month_day[0]], S[1, 0 : month_day[1]])
149
150for imo in range (2, M):
151    # gradient ratio
152    mean_year_grad_ratio = np.append(mean_year_grad_ratio, mean_grad_ratio_zone[imo, 0 : month_day[imo]])
153    std_year_grad_ratio = np.append(std_year_grad_ratio, std_grad_ratio_zone[imo, 0 : month_day[imo]])
154    # spec anomaly 23GHz
155    mean_year_spec_anom_23 = np.append(mean_year_spec_anom_23, mean_spec_anom_23_zone[imo, 0 : month_day[imo]])
156    std_year_spec_anom_23 = np.append(std_year_spec_anom_23, std_spec_anom_23_zone[imo, 0 : month_day[imo]])
157    # spec anomaly 89GHz
158    mean_year_spec_anom_89 = np.append(mean_year_spec_anom_89, mean_spec_anom_89_zone[imo, 0 : month_day[imo]])
159    std_year_spec_anom_89 = np.append(std_year_spec_anom_89, std_spec_anom_89_zone[imo, 0 : month_day[imo]])
160    # ratio anomaly 89GHz
161    mean_year_ratio_anom_89 = np.append(mean_year_ratio_anom_89, mean_ratio_anom_89_zone[imo, 0 : month_day[imo]])
162    std_year_ratio_anom_89 = np.append(std_year_ratio_anom_89, std_ratio_anom_89_zone[imo, 0 : month_day[imo]])
163    # number of data points in area of study
164    year_S = np.append(year_S, S[imo, 0 : month_day[imo]])
165
166
167
168######################################################################################
169# calculate standard deviation of emissivity parameters over the year 2009 (364 days)#
170######################################################################################
171print 'calculate standard deviation of emissivity parameters over the year 2009'
172time_std1 = sqrt((1./364.)*sum((mean_year_grad_ratio[nonzero(isnan(mean_year_grad_ratio) == False)] - mean(mean_year_grad_ratio[nonzero(isnan(mean_year_grad_ratio) == False)]))**2))
173
174time_std2 = sqrt((1./364.)*sum((mean_year_spec_anom_23[nonzero(isnan(mean_year_spec_anom_23) == False)] - mean(mean_year_spec_anom_23[nonzero(isnan(mean_year_spec_anom_23) == False)]))**2))
175
176time_std3 = sqrt((1./364.)*sum((mean_year_spec_anom_89[nonzero(isnan(mean_year_spec_anom_89) == False)] - mean(mean_year_spec_anom_89[nonzero(isnan(mean_year_spec_anom_89) == False)]))**2))
177
178time_std4 = sqrt((1./364.)*sum((mean_year_ratio_anom_89[nonzero(isnan(mean_year_ratio_anom_89) == False)] - mean(mean_year_ratio_anom_89[nonzero(isnan(mean_year_ratio_anom_89) == False)]))**2))
179
180
181
182
183#########################
184# plot daily parameters #
185#########################
186vec_months = np.array([0, 31, 59, 90, 120, 151, 181, 212, 243, 273, 304, 334])
187ion()
188figure()
189subplot(2, 1, 1)
190plot(mean_year_grad_ratio, 'b', label = 'grad ratio')
191plot(mean_year_spec_anom_23, 'r', label = 'spec anom 23GHz')
192plot(mean_year_spec_anom_89, 'g', label = 'spec anom 89GHz')
193plot(np.zeros([365], float), '--k')
194xticks(vec_months, month, rotation = 25)
195xlim(0, 365)
196fontP = FontProperties()
197fontP.set_size('small')
198legend(loc = 3, prop = fontP)
199grid()
200subplot(2, 1, 2)
201plot(mean_year_ratio_anom_89, 'y', label = 'ratio anom 89GHz')
202plot(np.zeros([365], float), '--k')
203xlim(0, 365)
204xticks(vec_months, month, rotation = 25)
205legend(loc = 1, prop = fontP)
206grid()
207plt.savefig('/usr/home/lahlod/twice_d/fig_output_ARCTIC/fig_output_sea_ice_study/ice_class_AMSUA/sub_classification/study_by_zones/monthly_evolution_grad_ratio_emis_anomaly_params_zone_Chukchi_Sea.png')
208############################################
209# plot daily number of data points in area #
210############################################
211vec_months = np.array([0, 31, 59, 90, 120, 151, 181, 212, 243, 273, 304, 334])
212figure()
213plot(year_S, label = 'mean=' + str(mean(year_S))[0:5] + ' ; std=' + str(std(year_S))[0:5])
214xticks(vec_months, month, rotation = 25)
215xlim(0, 365)
216ylabel('Number of data points in area')
217fontP = FontProperties()
218fontP.set_size('small')
219legend(loc = 1, prop = fontP)
220title('North Canadian Archipelago')
221plt.savefig('/usr/home/lahlod/twice_d/fig_output_ARCTIC/fig_output_sea_ice_study/ice_class_AMSUA/sub_classification/study_by_zones/monthly_evolution_nber_data_points_zone_North_Canadian_Archipelago.png')
222
223
224
225subplot(2, 1, 2)
226plot(std_year_grad_ratio, '--b', label = 'std grad ratio')
227plot(std_year_grad_ratio, '--r', label = 'std grad ratio')
228plot(std_year_grad_ratio, '--g', label = 'std grad ratio')
229plot(std_year_grad_ratio, '--y', label = 'std grad ratio')
230xticks(vec_months, month, rotation = 25)
231legend(loc = 2, prop = fontP)
232xlim(0, 365)
233
234
235
236####################
237# map studied zone #
238####################
239ion()
240x_ind, y_ind, z_ind, volume = arctic_map.arctic_map_lat50()
241x_coast = x_ind
242y_coast = y_ind
243z_coast = z_ind
244map_cartesian_grid.draw_map_cartes_l(x_coast, y_coast, z_coast, volume, xvec[xxi : xxf + 1], yvec[yyi : yyf + 1], gr[0, yyi : yyf + 1, xxi : xxf + 1], gr[0, :, :][nonzero(isnan(gr[0, :, :]) == False)].min(), gr[0, :, :][nonzero(isnan(gr[0, :, :]) == False)].max(), 0.001, cm.s3pcpn_l_r, 'daily gradient ratio (01-01-2009)')
245title('area of study - Chukchi Sea')
246plt.savefig('/usr/home/lahlod/twice_d/fig_output_ARCTIC/fig_output_sea_ice_study/ice_class_AMSUA/sub_classification/study_by_zones/map_grad_ratio_zone_Chukchi_Sea.png')
247
248
249
250############################################
251# read emissivity parameters in all Arctic #
252############################################
253cumul_params = np.zeros([M, ny, nx], float)
254grad_ratio = np.zeros([M, ny, nx], float)
255spec_anom_23 = np.zeros([M, ny, nx], float)
256spec_anom_89 = np.zeros([M, ny, nx], float)
257ratio_anom_89 = np.zeros([M, ny, nx], float)
258CP = np.zeros([M, ny, nx], float)
259for imo in range (0, M): 
260    # daily read gradient ratio file
261    print 'read daily gradient ratio for month ' + month[imo]
262    fichier_grad_ratio = Dataset('/net/argos/data/parvati/lahlod/ARCTIC/monthly_GLACE/gridded_data/cartesian_grid/res_40/cartesian_grid_daily_grad_ratio_spec_23-89_near_nadir_AMSUA_' + month[imo] + '2009.nc', 'r', format = 'NETCDF3_CLASSIC')
263    gr = fichier_grad_ratio.variables['grad_ratio'][:]
264    fichier_grad_ratio.close()
265    # read daily emis anomaly file for 23GHz
266    print 'read daily emis anomaly 23GHz for month ' + month[imo]
267    fichier_anom23 = Dataset('/net/argos/data/parvati/lahlod/ARCTIC/monthly_GLACE/gridded_data/cartesian_grid/res_40/cartesian_grid_daily_data_lamb_spec_ratio_anomaly_near_nadir_AMSUA23_' + month[imo] + '2009.nc', 'r', format = 'NETCDF3_CLASSIC')
268    sa_23 = fichier_anom23.variables['spec_anomaly'][:]
269    fichier_anom23.close()
270    # read daily emis anomaly file for 89GHz
271    print 'read daily emis anomaly 89GHz for month ' + month[imo]
272    fichier_anom89 = Dataset('/net/argos/data/parvati/lahlod/ARCTIC/monthly_GLACE/gridded_data/cartesian_grid/res_40/cartesian_grid_daily_data_lamb_spec_ratio_anomaly_near_nadir_AMSUA89_' + month[imo] + '2009.nc', 'r', format = 'NETCDF3_CLASSIC')
273    sa_89 = fichier_anom89.variables['spec_anomaly'][:]
274    ra_89 = fichier_anom89.variables['ratio_anomaly'][:]
275    fichier_anom89.close()
276    for ilon in range (0, nx):
277        for ilat in range (0, ny):
278            # calculate monthly mean of emissivity parameters
279            grad_ratio[imo, ilat, ilon] = mean(gr[:, ilat, ilon][nonzero(isnan(gr[:, ilat, ilon]) == False)])
280            spec_anom_23[imo, ilat, ilon] = mean(sa_23[:, ilat, ilon][nonzero(isnan(sa_23[:, ilat, ilon]) == False)])
281            spec_anom_89[imo, ilat, ilon] = mean(sa_89[:, ilat, ilon][nonzero(isnan(sa_89[:, ilat, ilon]) == False)])
282            ratio_anom_89[imo, ilat, ilon] = mean(ra_89[:, ilat, ilon][nonzero(isnan(ra_89[:, ilat, ilon]) == False)])
283            # calculate monthly cumulation index = (sum(abs(all emissivity parameters))/maximum of this sum)*100 (to have a percentage)
284            cumul_params[imo, ilat, ilon] = abs(grad_ratio[imo, ilat, ilon]) + abs(spec_anom_23[imo, ilat, ilon]) + abs(spec_anom_89[imo, ilat, ilon]) + abs(ratio_anom_89[imo, ilat, ilon])
285    CP[imo, :, :] = (cumul_params[imo, :, :]/max(cumul_params[imo, :, :][nonzero(isnan(cumul_params[imo, :, :]) == False)])) * 100.
286
287
288#######################
289# map cuulation index #
290#######################
291#ion()
292x_ind, y_ind, z_ind, volume = arctic_map.arctic_map_lat50()
293x_coast = x_ind
294y_coast = y_ind
295z_coast = z_ind
296for imo in range (0, M):
297    print 'map month ' + month[imo]
298    map_cartesian_grid.draw_map_cartes_l(x_coast, y_coast, z_coast, volume, xvec, yvec, CP[imo, :, :], 0., 100., 1., cm.s3pcpn_l_r, 'Cumulation index (%)')
299    title('AMSUA - ' + month[imo] + ' 2009')
300    savefig('/usr/home/lahlod/twice_d/fig_output_ARCTIC/fig_output_sea_ice_study/ice_class_AMSUA/sub_classification/maps/cumul_params/cumul_all_parameters/map_cumulation_index_'+ str(MONTH[imo]) + month[imo] + '2009.png')
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.