如何用ggplot2将时间序列多变量箱线图整合到同一画布？

我有一个名为validation.xlsx的Excel文件，包含132行时间序列数据，涉及time、observed（观测流量）、simulated（模拟流量）三个变量。目前已成功生成两个变量的单独箱线图，但无法将二者整合到同一画布中，寻求解决方案。

数据样例（前6行） #

原始数据（df） #

季节分类后数据（seasons） #

提供两种常用整合方式，根据需求选择：

方式1：合并为同一坐标轴的分组箱线图（直接对比分布） #

将宽格式数据转为长格式，用一个变量区分观测/模拟数据，实现同图分组展示：

# 加载依赖包
library(ggplot2)
library(tidyverse)
library(readxl)

# 读取并预处理数据
df <- read_excel("validation.xlsx")
df$time <- as.Date(df$time)

# 生成月份和季节列（修复原代码中Month生成逻辑）
seasons <- df %>%
  mutate(Month = format(time, "%m"),
         Season = case_when(
           Month %in% c("12", "01", "02") ~ "Winter",
           Month %in% c("03", "04", "05") ~ "Spring",
           Month %in% c("06", "07", "08") ~ "Summer",
           Month %in% c("09", "10", "11") ~ "Fall"
         ))

# 转换为长格式数据
long_seasons <- seasons %>%
  pivot_longer(
    cols = c(observed, simulated),
    names_to = "Data_Type",
    values_to = "Streamflow"
  )

# 绘制分组箱线图
combined_boxplot <- ggplot(long_seasons, aes(x = Month, y = Streamflow, fill = Data_Type)) +
  geom_boxplot(alpha = 0.5, position = position_dodge(width = 0.8)) + # 分组错开避免重叠
  labs(
    x = "月份",
    y = expression(paste("流量, ", m^3/s)),
    title = "月度流量箱线图 - 观测值vs模拟值",
    fill = "数据类型"
  ) +
  scale_fill_manual(values = c("observed" = "#1f77b4", "simulated" = "#ff7f0e")) + # 自定义对比色
  theme_minimal()

# 展示图形
print(combined_boxplot)

方式2：用patchwork拼接独立子图到同一画布 #

如果希望保留两个独立箱线图的结构，仅将它们放在同一画布展示，使用patchwork包实现拼接：

# 安装并加载patchwork（首次使用需安装）
# install.packages("patchwork")
library(patchwork)

# 保留原代码的两个独立箱线图
monthly_observed_boxplot <- ggplot(seasons, aes(x = Month)) +
  geom_boxplot(aes(y = observed, fill = Month), show.legend = F, alpha = 0.5) +
  labs(
    x = "月份",
    y = expression(paste("流量, ", m^3/s)),
    title = "月度箱线图 - 观测值"
  ) +
  theme_minimal()

monthly_simulated_boxplot <- ggplot(seasons, aes(x = Month)) +
  geom_boxplot(aes(y = simulated, fill = Month), show.legend = F, alpha = 0.5) +
  labs(
    x = "月份",
    y = expression(paste("流量, ", m^3/s)),
    title = "月度箱线图 - 模拟值"
  ) +
  theme_minimal()

# 拼接图形：+表示横向并排，/表示纵向上下排列
combined_plot <- monthly_observed_boxplot + monthly_simulated_boxplot +
  plot_annotation(
    title = "观测值与模拟值月度箱线图",
    theme = theme(plot.title = element_text(hjust = 0.5))
  )

# 展示图形
print(combined_plot)

关键提示 #

• 原代码中seasons的Month列需确保是两位字符格式（如"01"而非"1"），否则季节分类会出错，建议用format(time, "%m")生成。
• 方式1适合直接对比观测与模拟数据的分布差异；方式2适合保留两个图的独立性，便于分别查看细节。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kamal Ziaul