如何使用xarray仅沿指定红线插值外推气温数据？

我希望使用xarray沿图中红线对气温值进行插值和外推。参考了xarray官方文档的高级插值示例，但当前代码似乎在对整个区域进行插值，我只需要针对红线处理。如何将插值范围限定为仅红线？

原代码：

ds = xr.tutorial.open_dataset("air_temperature")
ds_mean = ds.air.mean(dim='time')

def line(x,A):
    return x, A*x

x, y = line(np.linspace(ds_mean.lon[0], ds_mean.lon[-1], 30), 0.1)
dsi = ds_mean.interp(lon=x, lat=y, kwargs={"fill_value":"extrapolate"})

fig, axes = plt.subplots(ncols=2, figsize=(10, 4))

ds_mean.plot(ax=axes[0],zorder=0, alpha=0.4)
axes[0].plot(x,y,'o',zorder=10)
axes[0].set_title("Mean Air")

dsi.plot(ax=axes[1])
axes[1].set_title("Mean air along one line")

问题分析 #

你当前用interp(lon=x, lat=y)的写法，会让x和y两个一维数组自动广播成二维网格，最终生成的dsi是一个二维数据集，所以绘图时会显示整个区域的插值结果，而非仅红线上的点。

解决方案 #

要限定仅对红线上的点进行插值/外推，需要把经度和纬度配对成离散点序列，而非让它们形成网格。可以通过interp的points参数来指定这些点：

import xarray as xr
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

ds = xr.tutorial.open_dataset("air_temperature")
ds_mean = ds.air.mean(dim='time')

def line(x,A):
    return x, A*x

# 生成红线上的坐标点对
lon_points, lat_points = line(np.linspace(ds_mean.lon[0], ds_mean.lon[-1], 30), 0.1)

# 将坐标点包装为DataArray，指定坐标维度
points = xr.DataArray(
    np.column_stack((lon_points, lat_points)),
    dims=["points", "coord"],
    coords={"coord": ["lon", "lat"]}
)

# 仅对指定点序列执行插值与外推
dsi = ds_mean.interp(points=points, kwargs={"fill_value":"extrapolate"})

fig, axes = plt.subplots(ncols=2, figsize=(10, 4))

# 左图：原始数据+红线点
ds_mean.plot(ax=axes[0], zorder=0, alpha=0.4)
axes[0].plot(lon_points, lat_points, 'ro', zorder=10)
axes[0].set_title("平均气温")

# 右图：红线上的插值结果（用折线+散点展示）
axes[1].plot(lon_points, dsi.values, 'b-', marker='o')
axes[1].set_xlabel("经度")
axes[1].set_ylabel("气温")
axes[1].set_title("红线上的平均气温（插值+外推）")

plt.tight_layout()
plt.show()

关键修改说明 #

• 用np.column_stack把经度和纬度一一配对，避免生成二维网格
• 通过xr.DataArray包装点序列，让xarray明确识别每个点的经度、纬度信息
• 插值后的dsi是一维数组，对应红线上每个点的气温值，直接用折线/散点图展示即可，无需再用二维热力图

内容的提问来源于stack exchange，提问作者JCV