在數據分析中最重要也最常用的圖表形式，非 XY 散佈圖莫屬。雖然 GMT 是繪製地圖的專門工具，但它仍然能處理跟地理空間無關的資料，並做出精美的視覺化分析。在本章中，將會解說用來繪製點、線、面的重要指令 psxy，以及一些衍伸的作圖設定技巧，這些技巧實際上在處理地理空間資料時，仍然適用。
使用台灣中央氣象局的氣象資料，製作風速 (Wind Speed) 對氣溫 (Temperature) 的 XY 散佈圖。圖中使用了 2016 年 1 月，位於竹子湖 (Zhuzihu) 與蘇澳 (Su'ao) 兩個測站的每日資料，並用不同顏色與不同標記表示。在圖中可以看出幾點有趣的事情：
- 風速與氣溫看來呈現負相關，也就是說，氣溫越低，風速越快。
- 一般來說，竹子湖的氣溫要比蘇澳來得冷一點，而且蘇澳在一月份還有超過攝氏 20 度以上的日子。
- 竹子湖有一天的溫度掉到了攝氏 0 度以下。事實上，這天是竹子湖睽違了 11 年後，再度下雪的日子[1]。這些受「超級寒流」影響的資料點，看起來就像是整個負相關趨勢的離群值。
直接觀看指令稿
psxy- 繪製點、線與多邊形；輸出檔頭與檔尾psbasemap- 設定繪圖區、座標軸與邊框pstext- 在圖上標記文字- 外部指令
echo- 把資料輸入到管線命令中 - GMT 共用選項：
-JX(直角座標作圖) - 如何輸入 ASCII (純文字) 格式的資料到 GMT 中
- 如何從螢幕或腳本輸入資料到 GMT 中 (標準輸入重導向)
- 繪製 XY 散佈圖
- 設定座標軸標籤與特殊文字的處理方法
- 製作簡易的圖例
- 正確設定
-O與-K的小技巧
我們這次使用的資料是中央氣象局的天氣觀測紀錄。這些資料可以從中央氣象局建置的「觀測資料查詢系統」取得。選擇位於臺北市 (TaipeiCity) 的竹子湖 (ZHUZIHU) 測站，資料格式為「月報表」，時間為 2016 年 1 月，按下查詢鈕後，應該會看到如下頁面：
把表格全選後複製貼上到 Microsoft Excel 或 Libre Office Calc 之類的試算表軟體，資料就會自動對到不同的欄位。接下來，你可以選擇以下兩種作法的任一種：
直接在試算表軟體中刪除不要的資料，只留「氣溫」與「風速」兩欄。把第一列「檔頭列」(也就是欄位名稱) 也刪除，接著「另存新檔」為逗號分隔檔 (
.csv檔)。把第一列「檔頭列」(欄位名稱) 刪除，「另存新檔」為逗號分隔檔 (
.csv檔)，再使用 shell 指令操作逗號分隔檔。例如在大部分的 Linux shell 下，可以使用$ cut -d ',' -f 8,17 你的檔案.csv > 新檔案.csv
其中第 8 欄和第 17 欄分別就是「氣溫」與「風速」的資料。
處理完的 .csv 檔可以直接使用文字編輯器打開，以竹子湖的資料為例，前幾欄應該會是這樣
14.6,3.6
15.7,0.2
16,0.3
17.7,0.3
17.8,0.7
# ....以下略....
# 第 1 欄：氣溫 (攝氏)；第 2 欄：風速 (秒/公尺)如此一來資料就整理成 GMT 的輸入格式了。再次使用同樣流程，可以取得位於宜蘭縣 (YiLanCounty) 的蘇澳 (SU-AO) 測站的相同資料，把它們命名為 zzh.txt (竹子湖) 與 suao.txt (蘇澳)。GMT 並不依據副檔名讀取純文字資料，但是相對的，它只接受兩種欄位分隔符號：「空格」與「逗號」。在把資料輸入 GMT 前，務必確認你的資料能被 GMT 正確讀取。
Tip
事實上，你也可以不用刪除任何檔頭和欄位，只要把資料存成 .csv 檔或其他 GMT 能接受的純文字格式，GMT
自己就有帶有功能選項來讀取資料表中的特定欄位，請參考 GMT 官方手冊或之後的章節。
為了方便起見，你也可以直接從以下連結取得本章節會使用的檔案：
:download:`zzh.txt <scatter_plot/zzh.txt>`
:download:`suao.txt <scatter_plot/suao.txt>`
psxy 是用來把點資料描繪到地圖上的工具。對於一般不與地理座標相關的資料，在畫圖時的 -J 選項是
-JX，GMT 會使用單純的直角座標來畫圖。至於要怎麼決定 -R 的範圍？你可以先用文字編輯器稍微查看一下所有資料的數值，第一欄會被解讀成 X 值，第二欄則會被解讀成 Y 值，因此，所有的資料都會落在
-1/20/0/8 這個區間內。馬上來畫畫看我們的資料：
$ psxy zzh.txt -R-1/20/0/8 -JX15c -P -Bafg > zzh.ps
雖然資料是畫上去了，不過這並不是我們想要的樣子...這是因為 psxy 的預設繪圖模式為折線圖，會把所有的點以線連接起來，如果我們只想要 psxy 畫點，必須要加上 -S 選項。此選項除了使 psxy 轉換成散佈圖模式外，還可以使用以下語法設定資料點的樣式：
-S代號[尺寸]代號 為單一字元的符號，而尺寸指定的東西則依符號的不同而不同。完整的代號列表可以在psxy 的說明頁面找到。舉個例子，-Sc0.25c 是把資料點設為直徑為 0.25cm
的圓形 (c，circle)，而 -Sd3c 則是外接圓直徑為 3cm 的菱形 (d，diamond)。如果不給尺寸的話，GMT 會尋找資料檔案中的第三欄，並且以其數值當作對應的資料點的尺寸。這個規則在我們要畫不同大小的資料點時，非常方便。在這裡，我們的資料只有 X 與 Y 兩個屬性，因此把所有的點設成一樣大小就行了。
另外，你會發現繪圖區目前是 15cm x 15cm 的正方形，如果你想要任意調整 X 或 Y 軸的長度的話，需要在 -JX 後分開指定，如 -JX15c/10c 會把 X 軸設成 15cm，Y 軸設成 10cm。讓我們使用以上新增的選項，重畫一次看看：
$ psxy zzh.txt -R-1/20/0/8 -JX15c/10c -Sc0.35d \
-G#58C73A -W0.03c,black -P -Baf > zzh.ps
# -G: 標記填色
# -W: 標記外框畫筆
選擇了適當的標記樣式與填色，與粗一點的標記框線，看起來就會美觀許多。
psxy 除了可以從檔案中讀取資料外，也可以從標準輸入 (stdin) 讀取資料。這樣一來，我們就可以直接在腳本或命令列中給定座標點。常見的作法有兩種：
使用管線命令，把前一個指令的輸出傳給
psxy。例如在各種作業系統終端機都有的echo指令：$ echo "10.2 3.2" | psxy -選項們 > out.ps
如此一來，(10.2, 3.2) 就會被當成座標點畫在圖上。
使用標準輸入重導向搭配結束的輸入字元 (
<<符號)：$ psxy -選項們 > out.ps << END ...任意的多行資料... END
在
<<符號後可以為任意的字符串，此例為END。從下一行開始，一直到第二個END的前一行，都會被當作psxy的輸入資訊。
為了完成本章目標，我們需要在 x = 0 之處畫一條灰色的垂直虛線，以表明有一個點溫度低於零度。運用
psxy 預設的繪線模式與上述的第二種作法，就可以簡單的畫出。在以下的腳本中，我們順便把第二組數據也畫上去了，使用標記是藍色的菱形：
# ==== 設定變數 ====
zzh='zzh.txt'
suao='suao.txt'
zzh_style='-Sc0.35c -G#58C73A -W0.03c,black'
suao_style='-Sd0.35c -G#3A6BC7 -W0.03c,black'
out_ps='windspeed_vs_temperature.ps'
# ==== 繪點 ====
psxy $zzh -R-1/23/0/7 -JX15c/10c -P -K $zzh_style -Baf > $out_ps
psxy $suao -R -J -O -K $suao_style >> $out_ps
# ==== 灰色垂直虛線 ====
psxy -R -J -O -W0.03c,100,-- >> $out_ps << LINEEND
0 0
0 7
LINEEND這條灰色的線寬度是 0.03cm，並且連接 (0, 0) 與 (0, 7) 兩點。
Note
psxy 無法同時畫線又畫點。如果你有這方面的需求 (例如繪製折線圖)，需要使用兩次
psxy 指令，畫完線後再把點也標上去。
不知你是否覺得，以上腳本實在說不上美觀，要改動也很麻煩？問題的原因，出在第一個 psxy 指令。為了設定 -R、-J 與一些額外設定，第一個 psxy 指令硬是會比第二個 psxy 要長。考慮到這兩個指令在繪圖中有等量的效果 (都是畫上一組數據的散佈圖)，如果有更適當的方式，能夠先把該設定的選項設定好，讓兩個 psxy 的效果看起來更直觀就好了。
這時候，總算輪到 psbasemap 指令上場！psbasemap 指令是專門用來設定底圖與邊框的指令，它不會在圖上畫上任何資料。在短的腳本中，我們可以透過其他指令附帶的 -B 或是其他選項來設定底圖與邊框，但是當腳本一長，或是當你想要調整許多有關的預設選項時，使用 psbasemap 可以讓你的腳本看起來更清晰易懂。讓我們再次回到這兩行指令
psxy $zzh -R-1/23/0/7 -JX15c/10c -P -K $zzh_style -Baf > $out_ps
psxy $suao -R -J -O -K $suao_style >> $out_ps我們可以把地圖的通用選項移到 psbasmap 中，因此以上指令也可以寫成這樣
psbasemap -R-1/23/0/7 -JX15c/10c -P -K -Baf > $out_ps
psxy $zzh -R -J -O -K $zzh_style >> $out_ps
psxy $suao -R -J -O -K $suao_style >> $out_ps如此一來，兩行 psxy 指令各自的功用就一目了然：它們只是處理並繪製不同的資料點，但繪製的方法是相同的。你可以把所有選項與語法格式都互相對齊以求美觀，而所有通用的設定，包括 -R、-J、-P、-B 等，全部都丟到 psbasemap 就對了。
這樣設置還有一個好處：如果你有額外的繪圖指定想插入，只要確定它會擺在 psbasemap 之後，你就可以一律加上 -O -K 與 >> 符號，而不用煩惱這些疊加圖層的選項正不正確。你可以把 psbasemap 想成是長腳本的「起手式」，先設定好共用選項與 PostScript 語言的疊加設定，之後的指令只要專注在繪圖上就行了。類似的概念也可用在腳本的結尾，讓我們再看看這個指令：
psxy -R -J -O -W0.03c,100,-- >> $out_ps << LINEEND
0 0
0 7
LINEEND如果你還想在這個指令後方加入新的繪圖指令，這個指令就必須新增 -K 選項以取消結尾符 (EOF) 的寫入。在腳本很長然後又時常更動時，檢查 -O -K 有沒有加對位置會耗上許多時間。幸好，psxy 指令提供了一個方便的選項 -T，專門用來設定腳本結尾：
psxy -R -J -O -K -W0.03c,100,-- >> $out_ps << LINEEND
0 0
0 7
LINEEND
psxy -R -J -O -T >> $out_ps加上 -T 後，psxy 不會讀取任何檔案；相對的，它唯一會寫入 .ps 檔的東西就只有 EOF。因此，相對於「起手式」，這一行的作用相當於為你的圖檔「關門」，只要你確定這一行擺在你的腳本最後，那們中間的指令只要一概都加上 -O -K，繪圖就不會有問題。
現在腳本的第一個指令是以 psbasemap 開頭。當然，我們可以在這個指令中一併設定標題與座標軸標籤。在「:doc:`making_first_map`」中，我們有提到標題可以使用 -B+t 添加，而在「:doc:`editing_cpt_colorbar`」中，我們也提到了要使用 -B[x或y]+l 添加座標軸的標籤。因此，我們就來添加一些文字說明吧：
# ==== 設定變數 ====
zzh='zzh.txt'
suao='suao.txt'
zzh_style='-Sc0.35c -G#58C73A -W0.03c,black'
suao_style='-Sd0.35c -G#3A6BC7 -W0.03c,black'
out_ps='windspeed_vs_temperature.ps'
# ==== 版面與作圖區設定 ====
# -Baf 現在拆成了 -Bxaf 與 -Bya2f，
# 你可以分開給定 x 軸與 y 軸的 a、f、g 選項！
psbasemap -R-1/23/0/7 -JX15c/10c -P -K \
-B+t"January 2016" \
-Bxaf+l"Temperature (degree C)" \
-Bya2f+l"Wind Speed (m s-1)" > $out_ps
# ==== 繪點 ====
psxy $zzh -R -J -O -K $zzh_style >> $out_ps
psxy $suao -R -J -O -K $suao_style >> $out_ps
# ==== 灰色垂直虛線 ====
psxy -R -J -O -K -W0.03c,100,-- >> $out_ps << LINEEND
0 0
0 7
LINEEND
# ==== 關門 (寫入 EOF) ====
psxy -R -J -O -T >> $out_ps以上腳本的出圖如下：
嗯，座標軸標籤會同時出現在上下及左右兩邊，看起來有點多餘；另外，縱軸的單位 m s-1 (秒/公尺)
的 -1 應該要上標，才是正確的寫法。除此之外，如果 degree C 能夠直接表示成 °C
的話，更顯得簡潔有力。要做到以上修改並不困難，首先，我們可以先只畫左邊和下方的座標軸，然後右邊和上方的座標軸交給第二個 psbasemap 來畫，就可以讓座標軸只出現一次。如果要在文字中顯示上下標，需要加上 GMT 專用的控制字元
@。@+ 是上標，@- 則是下標。被上下標控制字元包起來的字就會顯示為上下標。因此，我們只要把
m s-1 改成 m s@+-1@+ 即可。
Tip
嚴格說來，這兩個控制字元控制的是上下標的開啟與關閉，因此 m s@+-1 其實就能使 -1 上標。然而，筆者建議還是養成良好習慣，頭跟尾都加上控制字元，不只易於判讀跟修改，也跟
LaTeX 的語法概念類似。有關控制字元可操作的其他字串設定，請參考
GMT Cookbook。
至於攝氏度數的符號 (Degree sign) 就有點麻煩了。你需要參考字符編碼表中度數符號的位置，再以 8 進位的編碼輸入到字串內。
GMT 目前支援 Standard 與 ISOLatin1 兩種字符集，GMT Cookbook 中也有附上編碼表可供參考。讓我們以 ISOLatin1 為例，度數符號位於 \260 的位置，因此 degree C 要改成 \260C。此外，我們還要利用長指令 --PS_CHAR_ENCODING 來指定 GMT 使用 ISOLatin1 字符編碼 (ISOLatin1+)。
Note
不指定 --PS_CHAR_ENCODING 的話，GMT 會使用預設的字符集。你也可以使用 gmtset 來調整預設的字符集，詳情請參閱之後的章節。
把以上更動整理到腳本中，「版面與作圖區設定」的部份就會變成這樣：
# ==== 版面與作圖區設定 ====
# 注意第一個 psbasemap 只畫 -BWS！
# 第二個 psbasemap 則是 -Bne，只標座標軸，不顯示數值與標籤
psbasemap -R-1/23/0/7 -JX15c/10c -P -K \
-BWS+t"January 2016" \
-Bxaf+l"Temperature (\260C)" \
-Bya2f+l"Wind Speed (m s@+-1@+)" \
--PS_CHAR_ENCODING=ISOLatin1+ > $out_ps
psbasemap -R -J -O -K -Bne -Bxaf -Bya2f >> $out_ps修改後的座標軸看起來就清爽多了！
為了完成 XY 散佈圖，我們最後還得加上圖例，告訴讀者兩筆資料個別代表的意義。GMT 本身其實備有
pslegend 指令，用來繪製豪華的圖例，但在本例子中，我們將會示範另一種比較「土法煉鋼」，但是較為直觀的作法，這種作法對於簡單的圖例繪製是綽綽有餘。首先，我們要畫一個圖例框架，psxy 又會再次派上用場。如果要用 psxy 畫封閉的多邊形，只要指定所有的頂點座標，然後輔以 -G 指定填色，圖中所有的頂點就會連起來形成多邊形。以下的腳本片段，會以 (16, 5)、(22, 5)、(22, 6.5) 和 (16, 6.5) 為頂點，畫一個顏色為
#E6F4F2 的矩形。你可以把此片段插在「灰色垂直線」後，「關門指令」之前：
# ==== 圖例框與圖例內容 ====
psxy -R -J -O -K -W0.05c,black -G#E6F4F2 >> $out_ps << BOXEND
16 5
22 5
22 6.5
16 6.5
BOXEND接下來，圖例框中需要放入之前使用過的符號與相對應的文字說明。符號同樣可以透過 psxy 繪製，這次我們使用 echo 指令與管線命令，來把前面用的符號畫到圖例框中。當然，你必須要自己決定符號出現的座標，如下所示：
echo "17 6.05" | psxy -R -J -O -K $zzh_style >> $out_ps
echo "17 5.45" | psxy -R -J -O -K $suao_style >> $out_ps畫完符號後，只要再標上文字說明，本章目標就大功告成。GMT 具有 pstext 指令，可以在指定的座標擺上給定的文字。pstext 的用法與 psxy 極為相似，只不過至少要有三欄輸入資料，前兩欄為 xy 座標，第三欄為欲顯示的文字。另外，pstext 還具有專有的文字格式調整選項
-F。-F 下比較重要的選項為
-F+f[字體大小,字體名稱,顏色]+j[對齊選項] # 實際上不只這些，但其餘暫略其中 字體大小,字體名稱,顏色 的給定方法非常類似畫筆屬性 (請參閱:doc:`pen_and_painting`)，這裡我們暫時只改動字體大小為 14 點 (14p)，其餘維持預設。對齊選項 則是使用兩個大寫英文字來表達文字該怎麼對齊給定的座標點：
- L：靠左對齊、C：水平置中對齊、R：靠右對齊
- B：靠底對齊、M：垂直置中對齊、T：靠頂對齊
因此，+jML 即是「靠左對齊、垂直置中」。輸入文字的指定整體來看就如下所示，第一行會把
(18, 6.05) 設為 Zhuzihu (竹子湖) 文字的最左側，而第二行則是使用相同的指令設定
Su'ao (蘇澳) 文字出現的地方，圖例到此就設計完成！
echo "18 6.05 Zhuzihu" | pstext -R -J -O -K -F+f14p+jML >> $out_ps
echo "18 5.45 Su'ao" | pstext -R -J -O -K -F+f14p+jML >> $out_psTip
pstext 也可以讓使用者一次輸入多個字串，所以其實這兩行 pstext 指令也可以寫成
pstext -R -J -O -K -F+f14p+jML >> $out_ps << TEXTEND
18 6.05 Zhuzihu
18 5.45 Su'ao
TEXTEND兩種寫法效果一模一樣，端看你喜歡哪種都可以。事實上，pstext 也接受多欄的輸入，這樣一來你可以把所有想輸入的文字都寫在檔案內，再分別指定不同的顏色、文字格式等等。詳細說明請參閱之後的章節。
本地圖的最終指令稿如下：
# ==== 設定變數 ====
zzh='zzh.txt'
suao='suao.txt'
out_ps='windspeed_vs_temperature.ps'
zzh_style='-Sc0.35c -G#58C73A -W0.03c,black'
suao_style='-Sd0.35c -G#3A6BC7 -W0.03c,black'
# ==== 版面與作圖區設定 ====
psbasemap -R-1/23/0/7 -JX15c/10c -P -K \
-BWS+t"January 2016" \
-Bxaf+l"Temperature (\260C)" \
-Bya2f+l"Wind Speed (m s@+-1@+)" \
--PS_CHAR_ENCODING=ISOLatin1+ > $out_ps
psbasemap -R -J -O -K -Bne -Bxaf -Bya2f >> $out_ps
# ==== 點散佈圖 ====
psxy $zzh -R -J -O -K $zzh_style >> $out_ps
psxy $suao -R -J -O -K $suao_style >> $out_ps
# ==== 灰色垂直線 ====
psxy -R -J -O -K -W0.03c,100,-- >> $out_ps << LINEEND
0 0
0 7
LINEEND
# ==== 圖例框與圖例內容 ====
psxy -R -J -O -K -W0.05c,black -G#E6F4F2 >> $out_ps << BOXEND
16 5
22 5
22 6.5
16 6.5
BOXEND
echo "17 6.05" | psxy -R -J -O -K $zzh_style >> $out_ps
echo "17 5.45" | psxy -R -J -O -K $suao_style >> $out_ps
echo "18 6.05 Zhuzihu" | pstext -R -J -O -K -F+f14p+jML >> $out_ps
echo "18 5.45 Su'ao" | pstext -R -J -O -K -F+f14p+jML >> $out_ps
# ==== 關門 (寫入 EOF) ====
psxy -R -J -O -T >> $out_psNote
「以兩個不同氣象站的 2016 年 1 月風速與氣溫觀測資料，繪製 XY 散佈圖。圖例、座標軸已清楚的標示，圖中也可清楚看到 Zhuzihu 測站有一個測量點位於攝氏 0 度的灰色虛線左側。」
觀看最終版圖片
- 本章使用的資料事實上是依照時間排序的，每日只有一個測量數值。因此，請利用本章中提供的數據，畫出竹子湖與蘇澳測站在 2016 年 1 月份的氣溫每日變化的折線圖。
- 請利用
psxy畫出「大衛之星」。
| [1] | 頻果日報，2016 年 1 月 24 日新聞。 |