如何在ggplot中为沉积物岩芯OC%图添加非线性深度Y轴

问题背景 #

我有一组沉积物岩芯数据，想要绘制OC%与年龄、深度的关联图。目前已经能分别画出OC%与年龄、OC%与深度的散点图，但希望在同一张图中同时展示年龄（主Y轴）和深度（次Y轴）——由于沉积物压缩效应，年龄与深度并非线性关系，需要让次轴刻度准确对应每个数据点的深度值。

模拟数据如下：

OC<-c(0.3,0.2,0.1,0.2,0.1,0.1,0.01,0.009)
depth<-c(0,1,2,3,4,5,6,7)
age<-c(0,5,8,12,20,30,60,100)
age<-2022-age
data<-data.frame(OC,depth,age)

当前已实现的单轴图：

• OC%与年龄的散点图：
  
• OC%与深度的散点图：
  

解决方案 #

可以在ggplot中通过自定义坐标转换函数实现非线性对应的次坐标轴，具体实现如下：

完整代码 #

# 准备数据
OC<-c(0.3,0.2,0.1,0.2,0.1,0.1,0.01,0.009)
depth<-c(0,1,2,3,4,5,6,7)
age<-c(0,5,8,12,20,30,60,100)
age<-2022-age
data<-data.frame(OC,depth,age)

# 创建深度与年龄的双向插值转换函数（适配非线性关系）
depth_to_age <- approxfun(data$depth, data$age)
age_to_depth <- approxfun(data$age, data$depth)

# 绘制带双Y轴的关联图
ggplot(data,aes(x = OC, y = age))+
  geom_point(size = 2, color = "#2c3e50")+
  theme_classic()+
  scale_y_continuous(
    limits = c(1920,2022),
    name = "年份",
    # 添加深度次坐标轴
    sec.axis = sec_axis(
      trans = ~ age_to_depth(.),  # 将主轴的年龄值转换为对应的深度
      name = "深度(cm)",
      breaks = data$depth,        # 使用数据中的深度值作为次轴刻度
      labels = data$depth
    )
  )+
  xlab("OC%")+
  theme(
    axis.title.y.right = element_text(color = "#e74c3c"),
    axis.text.y.right = element_text(color = "#e74c3c")
  ) # 给次轴添加颜色区分，提升可读性

代码说明 #

1. 转换函数创建：用approxfun生成深度与年龄的双向插值函数，因为两者是非线性关系，插值能保证刻度转换的准确性。
2. 次轴设置：通过sec.axis参数添加次坐标轴，用trans参数指定从年龄到深度的转换规则，同时设置次轴的刻度为数据中实际的深度值，确保每个数据点的深度与年龄一一对应。
3. 视觉优化：给次轴添加不同颜色，避免主、次轴混淆。

注意事项 #

ggplot官方并不推荐过度使用次坐标轴，因为容易造成数据解读歧义，但在深度与年龄有明确一一对应关系的沉积物岩芯数据场景下，这种实现方式是合理且实用的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kelly James