分析海洋环境中的许多变量可能是一项挑战。潮汐模式影响海上交通,沿海社区和水生育种期;水温影响藻类生长,反过来影响海洋动物和渔业;列表继续。为了进一步复杂化问题,海洋数据采集的一个重要方面是时间。通常,数据随时间收集,而不是在空间上,这导致包含丰富信息的大型多变化数据集。但是,如果无法正确可视化,则该信息并不是很有用。

传统的2D和3D可视化技术,如线/散点图或条形图,足以进行基本的分析,但当需要同时分析大的和小的数据模式时,就不适用了。理查德·克勒博士他在职业生涯中展示了一种不同的数据可视化方法,这种方法可以更好地帮助理解复杂的生态系统。

这张二维线形图是成年奇努克大马哈鱼每天的经过量。x轴表示一年中的天数,y轴表示通过监测站的鲑鱼总数。每条线代表不同的年份。

二维和三维绘图,绘图和分析软件:二维线形图-奇努克鲑鱼的passage over time
奇努克大马哈鱼的洄游通常用一系列线形图来表现。主要的模式,如高峰通行时间很容易识别,但较小的模式或季节变化很难识别。来源:http://www.fpc.org/。图形绘制在黄金软件的2D和3D绘图万博手机版官网网址软件中,格拉弗

诸如峰段通道的主要模式易于区分,但诸如季节变异性的较小模式难以识别。另外,上述图表仅代表五年的数据。如果五年不够?一个人可以看到图表在添加其他10,20或50年的地块时如何快速变化。

科勒博士的另一种可视化技术将这个时间序列数据绘制成图像图,也称为光栅图。日期被转换为两个时间坐标,其中x轴是短期时间步长(如天或分钟),y轴是较长的时间步长(如月或年)。z值在单元格位置中表示。

网格格式创建时间坐标在二维和三维建模和分析软件程序,Surfer可视化
一个用于生成时间地图的网格格式示例(Koehler, 2004)。
来源:http://arizona.openrepository.com/arizona/handle/10150/280516

使用这种时间地图技术,奇努克通道数据在Golden Software的等高线、网格和三维地表测绘软件中绘制,万博手机版官网网址冲浪者。在此地图中,显示额外的71年数据。尽管有额外的信息,但很容易区分时间模式,既有大小,否则会错过2D线图。较小的春季和夏季运行模式现在更容易在此显示中看到。也是值得注意的是近年来鲑鱼的稳步增加,近年来到九月运行。

Surfer 2D & 3D建模和分析软件:时间地图显示天,年,和奇努克鲑鱼通道计数
春季跑在4月下旬,夏季跑在6月,从1975年到2000年都有一个明显的低点。从8月下旬到9月是秋季,近年来涨幅显著。数据来源:http://www.nwd-wc.usace.army.mil/。地图绘制在冲浪者。

时间图在显示海潮数据时也很有用。位于阿拉斯加东南部海军部岛的鹰湾是阿拉斯加狭长地带的两个港口之一,在那里船只的到达和离开取决于潮汐。潮汐时间和白天时间是安全航行的关键因素;因此,调度人员必须知道什么时候的潮汐对船只航行有利。

在这些传统的观点中,高潮汐潮汐可区分。但是当船舶可以安全地导航和从当天,一周或一个月的港口中安全地导航和出口时,这些显示器不足以。大量信息丢失并清楚地了解潮汐模式几乎不可能对这些观点来说是不可能的。

graphise 2D & 3D绘图,绘图和分析软件:二维线形图绘制潮汐高度随时间
二维线图绘制潮汐高度随时间。如前所述,在传统的情节中,大的图案是可区分的,但小的图案是很难破译的。用Grapher绘制的图形。

然而,通过使用科勒博士的时间地图可视化技术,一个全新的画面出现了。调度人员可以快速确定潮位有利于船只航行的日期和时间。这个视图还使添加额外信息变得更容易,例如日出和日落的时间,这是用浅灰色的线表示的。尽管有超过50万的数据点,这幅图还是清晰易懂的。不仅港口调度人员能从潮汐信息中获益,为恼人的洪水做准备的海岸管理者、休闲渔民、冲浪者和划船者以及从事栖息地恢复项目的科学家也能从中受益。

冲浪者2D和3D建模和分析软件:时间地图显示小时,天,和潮汐高度的鹰湾,AK美国
潮汐的时间,如红色显示的最低的潮汐,由于地球、月球和太阳的位置不断变化,一年到头都在变化。灰线表示的是每天的日出和日落时间,这对船舶的安全运行很重要。地图绘制在冲浪者。

多变化的时间分析是其他区域,其中时间映射提供复杂数据的更清晰和更可理解的视觉表示。例如,在分析藻类盛开时,必须考虑几个环境因素。这些因素包括海面温度,海表面盐度,空气温度,沉淀,流流,潮汐高度差,升高和风速。单独地,这些因素对藻类盛开是否会产生大部分影响。相反,必须分析因素,这可以是一个麻烦的任务。

我们怎样才能发现藻类繁殖的机会之窗?如前所述,传统的2D和3D视图无法完成这类任务。这就是科勒博士的时间地图。

第一步是将每个环境因素显示为时间地图。在藻华的例子中,将创建7个不同的环境时间地图。其次,将二元滤波器应用于显示藻类爆发的有利条件的数据。值1等于有利条件的天数,值0等于不利于藻类爆发的天数。二进制过滤器也显示为时间映射。

例如,一个环境因素是水流。小于350立方米/秒的水流有利于藻类的爆发。通过查看二值图像地图,可以快速确定何时流量小于350立方米/秒。这些通常发生在8月至10月之间。我们还可以看到2001年发生的干旱导致1月到4月的流量低于正常水平。所有以黑色表示的日子都是有利于藻类爆发的水流条件。

冲浪者二维和三维建模和分析软件:显示一个标准的水藻爆发的时间地图
左边的时间图是观察到的水流。右边的时间图是二进制过滤器,用黑色标出流量小于350立方米/秒的日子。地图绘制在冲浪者。

对所有剩余的环境因素重复这些步骤。

最后一步是汇总各个因素的二进制数据,并将结果数据显示为时间地图。求和后的数据将包含0到8之间的值。包含0的细胞表明,在那一天,这8个因素中没有一个具备适合藻类爆发的条件。数值为4的细胞表示在那一天,8个环境因子中有4个具备适合藻类爆发的条件。数值为8的细胞表明,所有八种环境因素都具备在那一天爆发藻类的条件。当将此组合数据显示为二进制时间映射时,值为8表示满足了所有条件,值为0到7表示至少不满足一个条件。

Surfer 2D和3D建模和分析软件:时间地图显示藻类盛开的潜在日子
这是1993年到2005年期间的时间图,其中所有8个环境因素都适合藻类爆发。地图绘制在冲浪者。

在1993年至2005年期间的4,380天中,所有八个环境因素都有127天,对藻类盛开有利。

创建时间映射的关键是正确地将典型的日期格式(5/1/2015)转换为输入文件中的两个时间坐标,日期和年份。使用Excel®电子表格,此图表显示了使用日历年的公式。X轴是日,Y轴是年。Z值是三文鱼数,潮汐高度或流流程的时间序列。将输入数据作为列A = Day(x),列b =年(y),列C =值(z)。

公式转换日期格式为两个时间坐标,以创建一个时间地图在Surfer - 2D和3D建模和分析软件
将数据转换为具有三列数据(X、Y和Z)的格式,其中X列是日历年的日期,Y列是日历年,Z列是数据变量。

一旦数据的格式是正确的,时间地图可以创建在Surfer网格,也称为插值,数据和创建一个图像地图网格数据。

通过合并数据可视化,可以极大地改进分析。根据需要,传统的2D和3D视图是令人满意的;然而,通过创建可视化单变量和多变量数据的新方法,通常会发现独特和可操作的见解。“任何图表的目的都是将数据转化为信息,”Koehler博士说,“精心设计的图表对于理解数据和正确传达你的观点非常有用。拥有正确的工具是实现这一目标的关键。”科勒博士的时间地图确实实现了这一目标。它们通过将复杂的时间数据转换成清晰易懂的视觉模型来传递信息。

超出预期

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