r - ggplot2 时间序列图，带有颜色编码的风向箭头

Question

下午好，

我正在尝试生成一个时间序列图，箭头显示风向，颜色显示风速强度。最终，我试图得到一个这样的情节(只是我在网上找到的一个示例图片):



我设法找到了一个类似的帖子(见下文)，我试图遵循，但我坚持正确显示风向箭头。

以前的类似帖子:
ggplot2 wind time series with arrows/vectors

到目前为止，我整理的代码如下:

require(ggplot2)
require(scales)
require(gridExtra)
require(lubridate)

dat <- data.frame(datetime = ISOdatetime(2013,08,04,0,0,0) +
                     seq(0:23)*60*60, pollutant = runif(24, 25, 75))

## create wind speed data
dat$ws <- runif(nrow(dat), 0 , 15 )

## create wind direction data
dat$wd <- runif(nrow(dat), 0 , 360 )

# define an end point for geom_segment
dat$x.end <- dat$datetime + minutes(60)

ggplot(data = dat, aes(x = datetime, y = pollutant)) +
  geom_line() +
  geom_segment(data = dat,
               size = 1,
               aes(x = datetime,
                   xend = x.end,
                   y = pollutant,
                   yend = wd),
               arrow = arrow(length = unit(0.5, "cm"))) +
  theme()

使用上面的代码，我得到以下图:


如您所见，该图从我希望它开始的箭头开始，但方向和终点太长，我不确定如何将其缩放为较短的箭头，颜色编码为速度。我真的很感激您对我如何实现这一目标的任何指导。

非常感谢，
阿燕

Answer 1

您上面显示的图没有给出正确的方向——例如dat$wd[1]大约是 190° ，因此如果 0° 对应于向右的水平箭头，则 190° 应该会给您一个指向左侧并稍微向下的箭头。

要获得方向正确的箭头，您需要将风向的余弦和正弦添加到箭头的起点以定义其端点(请参见下面的代码)。这里的难题是箭头在 x 和 y 方向上的缩放，因为 (1) 这些轴在完全不同的比例上，所以箭头的“长度”实际上并不意味着什么，以及 (2) 纵横比绘图设备会扭曲箭头的视觉长度。

我在下面发布了一个解决方案草图，其中我将 x 和 y 方向上箭头的偏移量缩放了用于绘图的变量范围的 10%，但这不会产生均匀视觉长度的向量。在任何情况下，这些箭头的长度都没有明确定义，因为 (a) x 轴和 y 轴代表不同的单位，(b) 改变绘图的纵横比将改变这些箭头的长度。

## arrows go from  (datetime, pollutant) to
##                 (datetime, pollutant) + scaling*(sin(wd), cos(wd))
scaling <- c(as.numeric(diff(range(dat$datetime)))*60*60, # convert to seconds 
                    diff(range(dat$pollutant)))/10
dat <- within(dat, {
    x.end <- datetime  + scaling[1] * cos(wd / 180 * pi)
    y.end <- pollutant + scaling[2] * sin(wd / 180 * pi)
})


ggplot(data = dat, aes(x = datetime, y = pollutant)) +
    geom_line() +
    geom_segment(data = dat,
                 size = 1,
                 aes(x = datetime,
                     xend = x.end,
                     y = pollutant,
                     yend = y.end,
                     colour=ws),
                 arrow = arrow(length = unit(0.1, "cm"))) +
scale_colour_gradient(low="green", high="red") 

改变纵横比会把事情搞砸: