R语言如何将经纬度长度不同的大型列表转换为栅格或数据框

数据结构说明 #

levitus是oce生态常用的压缩网格存储格式，没有显式存储每一组经纬度对应的盐度值，三个核心元素的对应关系为：

• levitus$longitude：长度360的经度向量，精度1°，范围0°~359°，对应盐度矩阵的列维度
• levitus$latitude：长度180的纬度向量，精度1°，范围-89.5°~89.5°，对应盐度矩阵的行维度
• levitus$SSS：180行×360列的数值矩阵，第i行第j列的值，对应第i个纬度、第j个经度格点的海表盐度，陆地区域填充值为NA

转换方法 #

方法1：Base R 原生实现（无额外依赖） #

不需要安装第三方数据处理包，直接通过网格生成+矩阵拉直完成转换：

# 安装依赖包（首次运行执行）
install.packages(c("oce", "ocedata"))

# 加载数据
data(levitus, package = "ocedata")

# 生成所有经纬度网格组合
sss_df <- expand.grid(
  longitude = levitus$longitude,
  latitude = levitus$latitude
)
# 按列拉直SSS矩阵，匹配网格顺序赋值
sss_df$SSS <- as.vector(levitus$SSS)

# 可选步骤：移除陆地区域的NA值，压缩数据体积
sss_df <- na.omit(sss_df)

方法2：tidyverse 实现 #

如果习惯用tidyverse语法处理数据，可以用宽转长的方式实现：

library(tidyverse)

# 加载数据
data(levitus, package = "ocedata")

sss_df <- levitus$SSS |>
  as.data.frame() |>
  # 列名设置为对应经度值
  set_names(levitus$longitude) |>
  # 新增纬度列
  mutate(latitude = levitus$latitude) |>
  # 宽表转长表，得到规整的三列结构
  pivot_longer(
    cols = -latitude,
    names_to = "longitude",
    values_to = "SSS",
    names_transform = as.numeric
  ) |>
  # 过滤陆地区域缺失值
  drop_na(SSS)

效果验证 #

转换后得到的sss_df是标准data.frame结构，三列分别为经度、纬度、海表盐度值，可以直接传入ggplot2自定义绘图，不需要依赖oce内置的imagep封装函数，例如下述代码的渲染效果和oce内置绘图的网格对应关系完全一致：

library(ggplot2)
ggplot(sss_df, aes(x = longitude, y = latitude, fill = SSS)) +
  geom_raster() +
  scale_fill_viridis_c(name = "海表盐度") +
  coord_quickmap()

注：如果需要转换为-180°~180°范围的经度，只需要新增一列做换算即可：sss_df$longitude <- ifelse(sss_df$longitude > 180, sss_df$longitude - 360, sss_df$longitude)

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ryan Utz