IT pass HikiWiki - [itbase2022]gnuplot 練習問題 Diff

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= 練習問題

下のデータファイルをダウンロードし, グラフを作成してみましょう.
下には, 「方針の例」を示していますが, それに従う必要はありません.
自分が自分が描きたいと思うグラフを作成してみましょう.
また, 作成したグラフについて, 読み取れることを考えてみましょう.

== 準備

下に, 実習に使うデータファイルへのリンクがあります.
それぞれのデータファイルは, リンクをクリックすることで Safari で内容を確認することができますが, 日本語が「文字化け」するでしょう.
最初に Safari の文字コードを設定しておくと便利です.

* Safari を起動し, 左上のメニューから「環境設定」を選びます.
  ((<URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_images/screenshot_safari_encoding_setting_1.png>))

* 次に, 現れたメニューの上段から「詳細」を選び, その中の「デフォルトのエンコーディング」の中の「Unicode (UTF-8)」を選択します.
  ((<URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_images/screenshot_safari_encoding_setting_2.png>))



== データのダウンロード方法

下のデータファイルは,

  $ curl -O [URL]

でダウンロードすることができます ("-O" は, ハイフン + 大文字のオー "O" です). 例えば,

  $ curl -O http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/renshuu.txt

各ページの URL は, リンクで右クリックし, 「リンクをコピー」を選択することでコピーされる. 次に, ターミナルで右クリックし, 「ペースト」することで貼り付けることができます.

なお, ダウンロードしたつもりでもダウンロードできていないことはよくあることです. ダウンロード後にファイルの内容を確認することを強くお勧めします.


== データとグラフ作成の指針

それぞれのファイルの先頭には, ファイルに含まれるデータの説明が
書かれています. ファイルを読んで確認してください.

* ((<小惑星の軌道要素|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Asteroid_Elements.txt>))
  * 方針の例
    * 小惑星が太陽からどのくらいの距離にたくさん存在するのか確認してみましょう.
      * たくさんの小惑星は木星よりも太陽寄りに存在しています. 図の範囲を工夫してみましょう.
      * 例えば, 横軸, 縦軸にそれぞれ軌道長半径, 離心率をとってグラフにしてみるとどうなるでしょう.
    * 小惑星の軌道が持っている離心率がどれだけ大きいか確認してみましょう.
      * 水星, 金星, 地球, ... といった惑星の離心率を調べて, 小惑星の離心率を比べてみましょう.
* ((<系外惑星の情報|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Exoplanet_Info.txt>))
  * 方針の例
    * データに収められている系外惑星の, 中心星 (恒星) からの距離と惑星の質量や半径の関係を確認してみましょう.
      * 太陽系の惑星の情報を調べて, 比べてみましょう.
      * 負の値が欠損値 (データのない箇所の数値) として与えられていることに注意しましょう.
    * データに収められている系外惑星の, 中心星 (恒星) からの距離と惑星の軌道の離心率の関係を確認してみましょう.
      * 太陽系の惑星の情報を調べて, 比べてみましょう.
      * 負の値が欠損値 (データのない箇所の数値) として与えられていることに注意しましょう.
* ((<地球の内部構造|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Earth_PREM.txt>))
  * 方針の例
    * 地球内部の深さ方向の密度や地震波速度の分布を確認してみましょう.
      * P 波と S 波は深さに対してどのように変化するか考えてみると良いでしょう.
* ((<地球大気温度・降水量の経年変化 (温暖化)|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Earth_TempPRCP.txt>))
  * 方針の例
    * 地球の温度が時間とともにどの程度変化しているか確認してみましょう.
      * 地球全球の平均温度と北半球の温度, 南半球の温度の変化に違いが見られるでしょうか?
    * 温度と降水量がどのような関係にあるか確認してみましょう.
      * 横軸と縦軸にそれぞれ温度と降水量をとってグラフにしてみましょう.
        何か対応関係が見られるでしょうか?
* ((<2015 年の震源分布|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Earth_quake_position.txt>))
  * 方針の例
    * 震源分布を確認してみましょう.
      * ファイルは主に日本付近の震源の分布を示しているため, グラフを日本付近に限定すると良いでしょう.
      * なお, 地図は, ((<world_110m_mod.txt|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/world_110m_mod.txt>)) を用いて,

#          gnuplot> plot 'world_110m_mod.txt' with filledcurves ls 1, '' with l ls 2
          gnuplot> plot 'world_110m_mod.txt' w l ls 2

        とすることで表示することができます.
* 2016 年 12 月 28 日に観測された地震波
  * ((<常陸太田市町屋町 (140.5653E, 36.6140N, 震央距離 12.2 km)|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Earth_quake_wave_Hitachiohta.txt>))
  * ((<常陸大宮市中富町 (140.4109E, 36.5427N, 震央距離 24.6 km)|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Earth_quake_wave_Hitachiomiya.txt>))
  * ((<白河市郭内 (140.2155E, 37.1322N, 震央距離 55.4 km)|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Earth_quake_wave_Shirakawa.txt>))
  * ((<坂東市岩井 (139.8832E, 36.0407N, 震央距離 97.7 km)|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Earth_quake_wave_Bando.txt>))
  * 方針の例
    * 観測された地震波の波形を観察してみましょう.
      * 振動の到達から振幅が大きくなるまでの時間はどの程度でしょう.
      * 振動の初期の様子を確認するには横軸の範囲を工夫しましょう.
    * 地震波の波形や到達時刻は 4 つの観測点でどのように異なるでしょう.
      * 地震波の到達時刻の観測点による差を見るためにはどのようなグラフにすると良いでしょう.
* ((<地球の内部構造|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Earth_PREM.txt>))
  * 方針の例
    * 地球内部の深さ方向の密度や地震波速度の分布を確認してみましょう.
      * P 波と S 波は深さに対してどのように変化するか考えてみると良いでしょう.
* ((<地球大気温度・降水量の経年変化 (温暖化)|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Earth_TempPRCP.txt>))
  * 方針の例
    * 地球の温度が時間とともにどの程度変化しているか確認してみましょう.
      * 地球全球の平均温度と北半球の温度, 南半球の温度の変化に違いが見られるでしょうか?
    * 温度と降水量がどのような関係にあるか確認してみましょう.
      * 横軸と縦軸にそれぞれ温度と降水量をとってグラフにしてみましょう.
        何か対応関係が見られるでしょうか?
* 惑星大気の鉛直構造
  * ((<金星|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Venus_AtmProf.txt>))
  * ((<地球|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Earth_AtmProf.txt>))
  * ((<火星|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Mars_AtmProf.txt>))
  * ((<木星|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Jupiter_AtmProf.txt>))
  * 方針の例
    * 高度とともに, 圧力や密度や温度がどのように変化するか確認してみましょう.
      * 密度は圧力は高度に対して急激に変化しますので, 図を見やすくするように工夫すると良いでしょう.
    * 金星, 地球, 火星, 木星の圧力, 密度, 温度がそれぞれどのように異なっているか比べてみましょう.
      * 金星, 地球, 火星, 木星のグラフを重ね書きしてみましょう.
* 火星大気地表面気圧の時間変化
  * ((<Viking Lander 1 による観測|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Mars_PsVL1.txt>))
  * ((<Viking Lander 2 による観測|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Mars_PsVL2.txt>))
  * 方針の例
    * 火星の気圧はどのくらいの大きさでしょう.
      * 地球の気圧と比べて火星の気圧がどれだけ異なるか考えて/調べてみましょう.
    * 火星の気圧が一年間でどれだけ変化しているか確認してみましょう.
      * 日本での気圧変化と比べて火星での変化が大きいのか小さいのか考えて/調べてみましょう.
        * 例えば, 地球で非常に強い台風が発生した時に中心気圧はどれだけ大きく変化するでしょう.
    * Viking Lander 1 と Viking Lander 2 の気圧を比べてみましょう.
* 木星大気風速 (東西風) の緯度分布
  * ((<Cassini 探査機による観測|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Jupiter_WindCAS.txt>))
  * ((<Voyager 探査機による観測|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Jupiter_WindVOY.txt>))
  * 方針の例
    * 木星で吹いている風はどのくらい強いか確認してみましょう.
      * 地球の風速と比べて木星の風速がどれだけ異なるか考えて/調べてみましょう.
    * Cassini 探査機によって観測された風速 (2000 年頃) と Voyager 探査機によって観測された風速 (1980 年頃) に, どれほどの違いがあるか確認してみましょう.
* ((<太陽放射輝度スペクトル|URL:http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2022/gnuplot_data/Sun_Spectrum.txt>))
  * 方針の例
    * このスペクトルの図は, 実習で試した, プランク関数の図と似たような特徴を示します (縦軸の値は大きく異なります). 横軸の範囲を合わせて, 線形軸, 対数軸などを変えてグラフを描いてみると良いでしょう.
      (プランク関数の図と横軸を合わせて描くとき, ファイルに含まれている波長の数値の単位が nm であることに注意しましょう.)


= 参考資料