气象信息系统工程 - fortran语言篇

《气象信息系统工程》一命速通
Hands on Fortran & OpenGrads

Fortran与OpenGrads


program main
!example   
implicit none   
real st1, st2, st3, stave
   st1 = 9.5   
   st2 = 9.0   
   st3 = 8.7   
   stave = (st1 + st2 + st3)/3.0   
   print *, 'stave=', stave
end

气象绘图软件：OpenGrads

用于4D数据的分析，即经度lon、纬度lat、层次lev和时间time的4维。

使用流程：准备数据*.grd -> 数据描述文件*.ctl -> 脚本文件*.gs -> 保存结果

Fortran语言基础

数据类型

整数类型 integer 实数类型 real 复数类型 complex 字符类型 character 逻辑类型 logical

常量声明先声明类型，再用parameter声明为常量。


program ex
	implicit nonereal pi
	parameter(pi=3.1415926)
	write(*, *) sin(pi/6)
end

合法的变量声明


REAL(KIND=4)a,b,c,d  !声明KIND值为4的4个实型变量
REAL(8)e             !声明KIND值为8的1个实型变量
REAL f               !声明KIND值为4（缺省）的1个实型变量
REAL:g=1.23          !声明KND值为4（缺省）的1个实型变量且赋初值为1.23

变量初始化


program ex
	integer:: a=1
	real:: b=2.0
	complex:: c=(1.0,2.0)
	character(len=10)::string="FORTRAN"
	write(*, *) a,b,c,string
end

作业1 马格努斯经验公式计算饱和水汽压

其中


program main
	implicit nonereal e0, e1, e2, e3, t
	parameter:: e0=6.11e1=e0*10**((7.45*t)/(237.3+t))
	e2=e0*exp((17.67*t)/(243.5+t))
	print *, 'e1=',e1, 'e2=',e2
end

顺序结构

顺序结构：A→B 先执行A，再执行B，先上后下，先左后右（赋值语句先右后左）

表控输入


read *,a,b,c,d

可以从键盘中输入 4,4,24,10 或者中间使用4 4 24 10 则 a=3.7, b=-1.8, c=24, d=10

也可以输入2*4, 24, 10效果类似

表控输出print只能是一计算机系统隐含指定的打印机（或者显示器）进行打印输出，形式为print *[, 输出表]

write可以指定任意进行打印输出，形式为write (*,*)[, 输出表]

format格式化


program main
	implicit none
	integer a
	a=100
	print *, a
	print 101, a
	101 format(I4)! 上下两种输出相同
	print '(I4)', a

作业2 汛期气象站计算

输入3个气象站5个月（汛期）雨量数据，统计每个气象站的总雨量和平均雨量，计算3个站五月、六月、七月、八月、九月的平均雨量，输出每个气象站每个月的雨量、总雨量和平均雨量，以及五月、六月、七月、八月、九月的平均雨量。


program ex
   implicit none   
   real r11, r12, r13, r14, r15, total11, av11
   real r21, r22, r23, r24, r25, total21, av21
   real r31, r32, r33, r34, r35, total31, av31
   real av1, av2, av3, av4, av5
   write (*, "(30X, ' 5月 6月 7月 8月 9月') ")   
   write (*, "(1X, '输入江阴气象站五个月的雨: ') ")   
   read (*, *) r11, r12, r13, r14, r15
   write (*, "(1X, '输入定波闸气象站五个月的雨量: ') ")   
   read (*, *) r21, r22, r23, r24, r25
   write (*, "(1X, '输入肖山气象站五个月的雨量:')")   
   read (*, *) r31, r32, r33, r34, r35
   total11 = r11 + r12 + r13 + r14 + r15  ! 江阴总雨量   
   av11 = total11/5                       ! 江阴平均雨量   
   total21 = r21 + r22 + r23 + r24 + r25  ! 定波闸总雨量   
   av21 = total21/5                       ! 定波闸平均雨量   
   total31 = r31 + r32 + r33 + r34 + r35  ! 肖山总雨量   
   av31 = total31/5                       ! 肖山平均雨量   
   av1 = (r11 + r21 + r31)/3  ! 5月平均雨量   
   av2 = (r12 + r22 + r32)/3  ! 6月平均雨量   
   av3 = (r13 + r23 + r33)/3  ! 7月平均雨量   
   av4 = (r14 + r24 + r34)/3  ! 8月平均雨量   
   av5 = (r15 + r25 + r35)/3  ! 9月平均雨量   
   write (*, "(28X, ' 5月 6月 7月 8月 9月 总雨量 平均雨量') ")   
   write (*, 200) '江阴气象站五个月的雨量: ', r11, r12, r13, r14, r15, total11, av11
   write (*, 200) '定波闸气象站五个月的雨量: ', r21, r22, r23, r24, r25, total21, av21
   write (*, 200) '肖山气象站五个月的雨量: ', r31, r32, r33, r34, r35, total31, av31
	 200 format(1X, A26, 5(F5.1, 2X), F6.1, 2X, F7.3)   
	 write (*, 300) ' 5月', av1, ' 6月', av2, ' 7月', av3, ' 8月', av4, ' 9月', av5300 
	 format(1X, A4, '平均雨量： ', F7.3)
	 300 format(5(1X,A4, '平均雨量： ',F7.3)) ! 一行输出end

选择结构

判断输入的 pH 值是否表示酸雨


program main
implicit none   
   real ph
   write (*, *) 'Please enter PH value:'   
   read *, ph
   if (ph < 5.6) then      
	   write (*, 100) ph
   else      
	   write (*, 200) ph
   end if
	   100 format(1X, 'PH=', F4.2, ', is acid rain!')
	   200 format(1X, 'PH=', F4.2, ', is not acid rain!')
 end

n2 的值来判断大气的层结类型


program main
   implicit none   
	   real n2
	   write (*, 100)   
	   read (*, *) n2
	   if (n2 .eq. 0.0) 
		   print *, '中性层结'   
	   if (n2 .gt. 0.0) 
		   print *, '稳定层结'   
		 if (n2 .lt. 0.0) print *, '不稳定层结'
			 100 format(1X, 'please input n2:')
 end

循环结构

do 循环结构和 do while循环结构循环输入一周日最高气温，判断最高气温，并计算一周平均最高气温。2014年3月23日-29日南京日最高气温如下： 16.0 17.0 17.0 18.0 16.0 22.0 24.0(单位：℃)


program main
   implicit none
   real t, tmax, sum.tave
   interger i
   tmax = 0.0; sum = 0.0
   do i = 1, 7
      read *, t
      sum = t + sum
      if (t >= tmax) then
         tmax = t
      end if
   end do

   tave = sum/7.0
   print *, 'tmax=', tmax
   print *, 'tave=', tave

end

循环输入每六小时降水资料，如果发现数据小于0或者大于1000时，终止循环，并提示输入数据异常。


program main
   implicit none   real precip
   integer k
   print *, '输入每六小时降雨量(mm):'   
   k = 0   
   read *, precip
   do while (precip .ge. 0.0 .and. precip .le. 1000.0)
      k = k + 1      
      print *, k, '降雨量(mm):', precip
      read *, precip
   end do   
   print *, '输入数据异常'
 end

输入正整数n，求级数的前n项和，如果当某项绝对值≤10－5时，虽未满n项，也因满足精度而不再加入下一项。


program main
   implicit none   integer:: i, n
   real:: s = 0, t
   read *, n
   do i = 1, n
      t = 1./(i*(i + 1))
      s = s + t
      if (abs(t) < 1.e-5) 
      exit   
      end do   
    if (i == n + 1) i = i - 1   
    print *, 'sum=', s, ' term=', i
end

输入3月份气温，缺测记录为999，请统计3月份平均气温


program main
   implicit none

   real t, tsum, tave

   integer i, num

   tsum = 0.0
   num = 0

   do i = 1, 31
      read *, t
      if (t == 999.0) cycle
      tsum = tsum + t
      num = num + 1
   end do

   ! if (t /= 999.0) then
   !    tsum = tsum + t
   !    num = num + 1
   ! end if

   tave = tsum/num
   print *, tave
end

作业3 江淮站点


program main
   integer, parameter::ist = 5
   real lat, lon
   character*8 id
   integer i

   do i = 1, ist
      write (*,"('输入站点的站号, 纬度和经度: ')")
      read (*, *) id, lat, lon
      if (lon > 109.0 .and. lat >= 28.0 .and. lat <= 34.0) then
         write (*, *) id, lat, lon
      else
         write (*, *) id, '站不位于江淮地区'
      end if
   end do

end

数组

已知某气象台站7月17日至7月21日每天4个观测时间（即02,08,14,20时刻）的温度观测值，要求编程实现下列功能： (1) 统计每天的平均温度。 (2) 统计7月17日至21日总的温度平均值。 (3) 输出日平均温度的最高值。 (4) 统计5天中每天4个观测时间的温度平均值。


program main
   implicit none
   integer, parameter :: m = 5, n = 4
   real t(m, n), DAT(m), TAT(n)
   data t/28.8, 29.8, 28.7, 29.9, 30.4, 32.9, 31.8, 32.3, 33.4, 32.5, &
      36.8, 36.0, 35.1, 36.2, 36.5, 33.2, 31.1, 32.3, 32.7, 25.5/
   integer i, j
   real aver, RS, CS, MaxT
   ! 统计总的平均温度
   aver = sum(t)/(m*n)
   ! 统计每天的平均温度
   DAT = sum(t, dim=2)/4
   ! 统计4个观测时次的5天温度平均值
   TAT = sum(t, dim=1)/5
   ! 求每天平均温度的最高值
   MaxT = MAXVAL(DAT)

   write (*, '(A12,5F7.2)') "日平均温度", DAT
   write (*, '(A17,F7.2)') "5天总的平均温度", aver
   write (*, '(A27,4F7.2)') "每个观测时次的5天平均温度", TAT
   write (*, '(A18,F7.2)') "日平均温度最高值", MaxT

end

子程序

已知上海、南京、武汉三地的气温，编制外部函数子程序计算三地的平均气温 外部子程序


program main
   implicit none
   external average
   real a, b, c, average
   read *, a, b, c
   print *, "三地平均气温: ", average(a, b, c)

end program

function average(x, y, z)
   implicit none
   real x, y, z, average
   average = (x + y + z)/3 ! 函数名被赋值
end function average


program main
   implicit none
   external average
   rel a, b, c, ave
   read *, a, b, c
   call average(a, b, c, ave)
   print *, "三地平均气温: ", ave
end program

subroutine average(x, y, z, ave)
   implicit none
   real x, y, z, ave
   ave = (x + y + z)/3
end subroutine average

内部子程序


program main
   implicit none
   real a, b, c
   read *, a, b, c
   print *, "三地平均气温: ", average(a, b, c)
contains
   function average(x, y, z)
      implicit none
      real x, y, z, average
      average = (x + y + z)/3
   end function average
end program


program main
   implicit none
   external average
   real a, b, c, ave
   read *, a, b, c
   call average(a, b, c, ave)
   print *, "三地平均气温: ", ave
contains

   subroutine average(x, y, z, ave)
      implicit none
      real x, y, z, ave
      ave = (x + y + z)/3
   end subroutine average
end program

虚实结合


program main
   implicit none
   external sub
   integer ::a(5) = (/1, 2, 3, 4, 5/), b = 8
   call sub(a(3), b)
   print "(1x, 'a(3)=', i3/' b=', i3)", a(3), b
end program

subroutine sub(x, y)
   implicit none
   integer x, y
   x = x + 3
   y = y + 4
end subroutine sub

变量作用域和生存周期


program main
   implicit none
   call sub()
   call sub()
   call sub()
   stop
end

subroutine sub()
   implicit none
   integer :: count = 1
   save count
   write (*, *) count
   count = count + 1
   return
end