如何组合Cartopy投影，实现日落线垂直的正射投影地球可视化

要实现晨昏线（日落线）垂直且保留正射投影与目标中心坐标，可利用Nightshade自带的旋转极投影做坐标系转换，基于该坐标系创建正射投影，具体实现如下：

修改后代码 #

from typing import NamedTuple

import cartopy.crs
import cartopy.feature.nightshade
import cartopy.mpl.geoaxes
from matplotlib import pyplot as plt


class Hemisphere(NamedTuple):
    coord: tuple[float, float]
    crs: cartopy.crs.Orthographic
    ax: cartopy.mpl.geoaxes.GeoAxes

    @classmethod
    def make(
        cls,
        coord: tuple[float, float],
        figure: plt.Figure,
        rotated_globe: cartopy.crs.Globe,
        rotated_center: tuple[float, float],
    ) -> 'Hemisphere':
        # 基于旋转极坐标系创建正射投影，中心为转换后的坐标
        crs = cartopy.crs.Orthographic(
            central_longitude=rotated_center[0],
            central_latitude=rotated_center[1],
            globe=rotated_globe,
        )
        ax = figure.add_subplot(projection=crs)
        return cls(coord=coord, crs=crs, ax=ax)

    def plot(
        self,
        night: cartopy.feature.nightshade.Nightshade,
    ) -> None:
        self.ax.stock_img()
        self.ax.add_feature(night)
        self.ax.gridlines()


def plot(
    home_coord: tuple[float, float],
) -> plt.Figure:
    fig: plt.Figure = plt.figure()
    # 创建Nightshade并获取其旋转极投影
    night = cartopy.feature.nightshade.Nightshade()
    rotated_pole_crs = night.crs

    # 将原始中心坐标转换到旋转极坐标系
    geodetic = cartopy.crs.Geodetic()
    home_rotated = rotated_pole_crs.transform_point(
        x=home_coord[0], y=home_coord[1], src_crs=geodetic
    )

    # 创建Hemisphere实例，传入旋转后的坐标系参数
    home_hemi = Hemisphere.make(
        coord=home_coord,
        figure=fig,
        rotated_globe=rotated_pole_crs.globe,
        rotated_center=(home_rotated[0], home_rotated[1]),
    )
    home_hemi.plot(night=night)
    return fig


def main() -> None:
    home_coord = -80, 40
    plot(home_coord=home_coord)
    plt.show()


if __name__ == '__main__':
    main()

核心逻辑说明 #

1. 复用Nightshade的旋转极投影：Nightshade内部用RotatedPole投影计算晨昏线，该投影的地轴垂直于晨昏线，天然保证晨昏线在该坐标系下呈南北垂直方向。
2. 坐标转换：将目标中心坐标从地理坐标系转换到旋转极坐标系，以此作为正射投影的中心，确保原始坐标仍为视图中心。
3. 自定义正射投影：基于旋转极投影的地球参数创建正射投影，既保留正射投影的视觉特性，又继承了旋转极坐标系下晨昏线垂直的属性。
4. 自动投影转换：Cartopy会自动处理所有地理特征（底图、夜影、网格线）的投影转换，无需手动操作底层Matplotlib变换。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Reinderien