Praktikum Beobachtungsnetze. Matlab in Versuch Hydrologie Hilfestellungen

Transkript

1 Praktikum Beobachtungsnetze Matlab in Versuch Hydrologie Hilfestellungen

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Was ist Matlab? Wichtigstes in Kürze Hilfe zu den Aufgaben Aufgabe_1.m Aufgabe_2.m Aufgabe_3.m i

3 1 Einführung 1.1 Was ist Matlab? MATLAB (MATrix LABoratory) ist eine Software zur Lösung mathematischer Probleme und zur grafischen Darstellung der Ergebnisse. Cleve Moler von der Universität New Mexico entwickelte Matlab Ende der 1970er Jahre. Als Erstes wurde es von den Ingenieuren angewendet, sehr schnell breitete sich die Anwendung aber auch auf andere Domänen aus. Heute wird Matlab in den verschiedensten Disziplinen genutzt, so ist es bei Naturwissenschaftlern, Ingenieuren wie auch Ökonomen weit verbreitet. Eingesetzt wird Matlab vor allem für numerische Simulation sowie Datenerfassung, Datenanalyse und -auswertung. 1.2 Wichtigstes in Kürze Nach dem Starten von Matlab sollte euer Fenster etwa aussehen wie auf Abbildung 1.1. Im Command Window könnt ihr Befehle eingeben, die Matlab ausführen soll. Dies können gewöhnliche Rechnung sein (z.b. 1+1). Matlab kennt aber noch sehr viele weitere Befehle, die es ausführt sofern der Befehl korrekt formuliert wird. Je mehr ihr mit Matlab arbeitet, desto breiter wird euer Matlab-Wortschatz werden und desto geschickter werdet ihr in der Anwedung von Matlab werden. Abbildung 1.1: Matlab Benutzeroberfläche 1

4 Es gibt sogenannte Matlab Skripte (auch Matlab-Codes genannt). Dies sind Dateien der Form dateiname.m. In einem solchen Matlab Skript sind viele aufeinanderfolgende Befehle abgespeichert, die Matlab ausführt, sobald es abgespielt wird. Wird eine weitere Datei im selben Ordner abgelegt (beispielsweise eine Tabelle mit Daten als Textdatei), so kann das Matlab Skript auf diese Datei zugreifen. Auf Abbildung 1.1 seht ihr unter current folder ein Ordner der soeben mit Matlab geöffnet wurde. Er enthält Matlab Skripte und Textdateien. 2 Hilfe zu den Aufgaben Zur Bearbeitung eurer Aufgaben wird euch ein Ordner bereit gestellt. Dieser enthält: Aufgabe_1.m Matlab Skript für Aufgabe 1. Aufgabe_2.m Matlab Skript für Aufgabe 2. Aufgabe_3.m Matlab Skript für Aufgabe 3. Daten.txt Dies ist eine Textdatei. Sie enthält Daten, die wir auswerten wollen. Ihr findet hier von den 3 Regionen Murgen, Sitten und Ergolz: den Abfluss, die Evapotranspiration gemäss 2 verschiedener Methoden (BC und Turc) sowie den Niederschlag gemäss 4 verschiedener Methoden (arithmetisch, Thiessen-Methode, hypsometrische Methode und distanzgewichtete Interpolation). Daten_klimMethoden_Hoehe.txt Dies ist auch eine Textdatei. Ihr findet hier von 5 Stationen die klimatologische Evaporation der Jahre 1999 bis 2007 und die Höhe der Stationen. Plots Dieser Ordner ist leer. Hier werden automatisch Plots gespeichert, die ihr erstellt. Den Namen unter dem sie gespeichert werden sollen, könnt ihr im Skript bestimmen. Im folgenden werden die einzelnen Matlab Skripte schrittweise erklärt. 2.1 Aufgabe_1.m % - - Clear all variables. Zeile 2: Alle Variabeln, die von zuvor ausgeführten Programmen definiert wurden, werden aufgelöst. Das heisst: Matlab wird von allen "Resten vorheriger Programme gereinigt", damit unsere Programme ungestört ablaufen können. Zeile 3: Alle offenen Fenster mit Plots werden geschlossen. Zeile 5: Unter dir_plots geben wir Matlab den Ordner an, in den die Plots schlussendlich gespeichert werden sollen. Die Plots von Aufgabe_1.m werden also unter Plots/Aufgabe_1/ gespeichert. 2

5 % - - Extract data. Zeile 8: Die Textdatei Daten.txt wird geöffnet. Zeile 9: Die Daten der Textdatei werden hinausgelesen. Zeile 10: Die Textdatei wird wieder geschlossen. Zeile 12-20: Die hinausgelesenen Daten werden spaltenweise jeweils als Vektoren abgespeichert. Die Vektoren nennen wir: Station, Jahre, a, t, h, d, Abfluss, BC und Turc. Wobei a, t, h und d für arithmetisch/thiessen-methode/hydrometrisch/gemäss distanzgewichteter Interpolation erhaltener Niederschlag bedetet. % - - Hydrological method: evaluation of ET (4 different approaches). Hier wird ET gemäss der hydrologischen Methode bestimmt, es wird also die Formel ET = N - A angewendet. Da wir 4 verschiedene Werte für den Niederschlag haben (4 Methoden zur Bestimmung), erhalten wir auch 4 verschiedene hydrologische ETs. Diese 4 hydrologischen ETs werden auch als Vektoren abgespeichert. (ET_a, ET_t, ET_h und ET_d) % - - Define indices. Es werden sogenannte Indizes erstellt. Diese Indizes ermöglichen es uns später, Daten der Gebiete, die uns interessieren, hinauszufiltern. Wir erstellen also 3 Indizes: ind_sit für Sitten, ind_mur für Murgen und ind_erg für Ergolz. % - - Plot data. Jetzt werden die Plots erstellt. Die zwischen Zeile 12 und 26 erstellten Vektoren können gegeneinander aufgetragen weden. Zeile 42: Erster Subplot wird erstellt. Wir erstellen insgesamt 3 Subplots, das heisst wir werden 3 Grafiken im selben Bild erstellen. Hier beginnen wir mit der ersten. Zeile 43: Der Subplot wird gezeichnet. Aufgetragen wird: ET_a(ind_sit), ET_h(ind_sit), BC(ind_sit) und Turc(ind_sit). Das heisst: Evapotranspration gemäss arithmetischer Methode in Sitten, Evapotranspration gemäss hydrometischer Methode in Sitten, Evapotranspration gemäss BC Methode in Sitten und Evapotranspration gemäss Turc-Methode in Sitten. Zeile 46: Dem Subplot wird die Überschrift Sitter gegeben. Zeile 49: Der zweite Subplot wird erstellt. Es wird dasselbe aufgetragen, einfach für Murg statt für Sitten. (Das heisst ind_sit wurde durch ind_mur ersetzt.) Als Überschrift wählen wir hier also Murg. Zeile 56: Der dritte Subplot wird erstellt. Hier wird dasselbe für Ergolz aufgetragen. Zeile 62: Die Legende wird erstellt. (Orientation horizontal Location SouthEast beschreiben die Anordnung und Lage der Legende.) Zeile 65-69: Die x-achse und y-achse werden beschriftet. 3

6 % - - Save figure. Der erstellte Plot wird nun gespeichert. Der Name, unter dem der Plot gespeichert werden soll, muss hier gewählt werden. 2.2 Aufgabe_2.m % - - Clear all variables. Wieder werden zuvor definierte Variablen aufgelöst und offene Fenster von Plots geschlossen. Hier erstellte Plots sollen dieses Mal im Ordner Plots/Aufgabe_2/ gespeichert werden. % - - Extract data. Zeile 7: Die Textdatei Daten_klimMethoden_Hoehe.txt wird geöffnet. Zeile 8: Die Daten der Textdatei werden hinausgelesen. Zeile 9: Die Textdatei wird wieder geschlossen. Zeile 11-28: Die hinausgelesenen Daten werden spaltenweise als Vektoren abgespeichert. % - - Plot data. Zeile 34: Erster Subplot wird erstellt. Zeile 35: Geplottet wird jeweils die Höhe der Station und die an dieser Station ermittelte Evapotranspiration. Dies für jedes Jahr und für die beiden Methoden BC und Turc. Zeile 36-37: Die x-achse und y-achse werden beschriftet. Zeile 38: Zweiter Subplot wird erstellt. Zeile 42: Legende wird erstellt. % - - Save figure Speichern. Name des Plots muss hier gewählt werden. 2.3 Aufgabe_3.m % - - Clear all variables. Siehe Aufgabe_1.m und Aufgabe_2.m. % - - Extract data. Siehe Aufgabe_1.m. % - - Hydrological method: Evaluation of ET. Siehe Aufgabe_1.m. % - - Define indices. Siehe Aufgabe_1.m. 4

7 % - - Plot data. Zeile 35: Hier könnt ihr aussuchen, welches Gebiet dass ihr plotten wollt. Ersetzt dazu einfach überall ind_erg durch ind_sit um Sitten zu plotten oder durch ind_mur um Murg zu plotten. Vergesst nicht, auch gleich die Überschrift (title) des Plots zu ändern. Durch löschen von (ind_erg)/(ind_sit)/(ind_mur) wird der Filter ausgeschalten und es werden alle Gebiete gemeinsam geplottet. Zeile 41: Hier könnt ihr die Überschrift des Plots wählen. Beispielsweise: Name des geplotteten Gebiets. % - - Save figure. Speichern. Name des Plots muss hier gewählt werden. 5