Plotten der Temperatur über die Höhe in unserer Atmosphäre

[Marci0804]

Hallöchen, ich bin grade in einer Hausarbeit dabei, ein Diagramm zu erstellen das die Temperatur über die Höhe anzeigt innerhalb unserer Atmosphäre und stoße leider auf ein Problem.
Hier ist mein Code:
Hier zunächst meine zuvor definierte Funktion zur Berechnung der Temperatur:

def local_atmospheric_temperature(altitude):

"""Calculates the temperature at given altitude
Args:
altitude: The specific altitude in meters [m] above sea level
Returns:
temperature: The temperature in [K] at a given altitude
"""
h = altitude # [m]

# CONSTANTS

# standart temperature Tb in [K]
t_0 = 288.15 #Troposphere
t_1 = 216.65 #Tropopause
t_2 = 216.65 #Stratosphere1
t_3 = 228.65 #Stratosphere2
t_4 = 270.65 #Stratopause
t_5 = 270.65 #Mesosphere1
t_6 = 214.65 #Mesosphere2

# referenz altitude hb in [m]
h_0 = 0 #Troposphere
h_1 = 11000 #Tropopause
h_2 = 20000 #Stratosphere1
h_3 = 32000 #Stratosphere2
h_4 = 47000 #Stratopause
h_5 = 51000 #Mesosphere1
h_6 = 71000 #Mesosphere2

# temperature descentrate Lb in [K/m]
L_0 = -0.0065 #Troposphere
L_1 = 0 #Tropopause
L_2 = 0.001 #Stratosphere1
L_3 = 0.0028 #Stratosphere2
L_4 = 0 #Stratopause
L_5 = -0.0028 #Mesosphere1
L_6 = -0.002 #Mesosphere2

#Calculations

#Troposphere
if (h_0 <= h < h_1):
t_b = t_0
h_b = h_0
L_b = L_0

#Tropopause
elif(h_1 <= h < h_2):
t_b = t_1
h_b = h_1
L_b = L_1

#Stratosphere1
elif(h_2 <= h < h_3):
t_b = t_2
h_b = h_2
L_b = L_2

#Stratosphere2
elif(h_3 <= h < h_4):
t_b = t_3
h_b = h_3
L_b = L_3

#Stratopause
elif(h_4 <= h < h_5):
t_b = t_4
h_b = h_4
L_b = L_4

#Mesosphere1
elif(h_5 <= h < h_6):
t_b = t_5
h_b = h_5
L_b = L_5

#Mesosphere2
elif(h_6 <= h <= 80000):
t_b = t_6
h_b = h_6
L_b = L_6

if(L_b != 0):
temperature = t_b + L_b*(h-h_b)
else:
temperature = t_b

return(temperature)

Als nächstes dann der Code zur Erzeugung meines Diagramms:

def plot_altitude_80km_temperature():

"""Creates a plot that shows the temperature at Different Altitudes from 0 km to 80 km.
Args:
no inputs
Returns:
plot of Temperature at Different Altitudes
"""

#Calculations
%matplotlib inline
y = np.linspace(0,80,10)
x = local_atmospheric_temperature(y*1000)

fig =plt.figure()
ax = fig.add_axes([0,0,1,1])
ax.plot(x,y)
ax.set_title("Temperature at Different Altitudes")
ax.set_ylabel("Altitude in [km]")
ax.set_xlabel("Temperature in [°C]\n ")

return()

und als Fehler bekomme ich dann :

ValueError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-17-1962f763aa9a> in <module>
----> 1 plot_altitude_80km_temperature()

<ipython-input-16-b604d265f6eb> in plot_altitude_80km_temperature()
12 #%matplotlib inline
13 y = np.linspace(0,80,10)
---> 14 x = local_atmospheric_temperature(y*1000)
15
16 fig =plt.figure()

<ipython-input-8-c96009a83ccb> in local_atmospheric_temperature(altitude)
43
44 #Troposphere
---> 45 if (h_0 <= h < h_1):
46 t_b = t_0
47 h_b = h_0

ValueError: The truth value of an array with more than one element is ambiguous. Use a.any() or a.all()

Ich hoffe, dass ihr mir hier weiterhelfen könnt. Danke im Voraus

[Sirius3]

Du hast eine Funktion geschrieben, die mit einzelnen Werten arbeitet, aber nicht mit Vektoren, also entweder mußt Du die Funktion umschreiben, oder die Funktion für jeden einzelnen Wert aufrufen. Ersteres wäre natürlich besser: np.piecewise wäre vielleicht einen Blick wert.

Weder if noch return sind Funktionen, daher sind die Klammern überflüssig.
Statt Variablen durchzunummerieren solltest Du Listen verwenden.

[Marci0804]

Ich hab jetzt den Aufruf der Funktion in eine Schleife gepackt , danke für deine Hilfe. Habe nicht erkannt dass das unterschiedliche Formate sind

[Sirius3]

Der viele Copy-Paste-Code solltest Du als erstes durch eine Schleife ersetzen:

Code: Alles auswählen

ATMOSPHERIC_TEMPERATURES = [
    # referenz altitude hb in [m]
    # standarc temperature Tb in [K]
    # temperature descentrate Lb in [K/m]
    # Mesosphere2
    (71000, 214.65, -0.002),
    # Mesosphere1
    (51000, 270.65, -0.0028),
    # Stratopause
    (47000, 270.65, 0),
    # Stratosphere2
    (32000, 228.65, 0.0028),
    # Stratosphere1
    (20000, 216.65, 0.001),
    # Tropopause
    (11000, 216.65, 0),
    # Troposphere
    (    0, 288.15, -0.0065),
]

def local_atmospheric_temperature(altitude):
    """Calculates the temperature at given altitude
    Args:
        altitude: The specific altitude in meters [m] above sea level
    Returns:
        temperature: The temperature in [K] at a given altitude
    """
    for (reference_altitude,
         standard_temperature,
         temperature_descentrate) in ATMOSPHERIC_TEMPERATURES:
        if altitude > reference_altitude:
            break
    return standard_temperature + temperature_descentrate * (altitude - reference_altitude)

Wenn man die Steigungen anschaut, dann ist das ja eigentlich nur eine lineare Interpolation.

Code: Alles auswählen

ATMOSPHERIC_TEMPERATURES = np.array([
    # referenz altitude hb in [m]
    # standard temperature Tb in [K]
    # Troposphere
    (    0, 288.15),
    # Tropopause
    (11000, 216.65),
    # Stratosphere1
    (20000, 216.65),
    # Stratosphere2
    (32000, 228.65),
    # Stratopause
    (47000, 270.65),
    # Mesosphere1
    (51000, 270.65),
    # Mesosphere2
    (71000, 214.65),
    (80000, 196.65),
])

def local_atmospheric_temperature(altitude):
    """Calculates the temperature at given altitude
    Args:
        altitude: The specific altitude in meters [m] above sea level
    Returns:
        temperature: The temperature in [K] at a given altitude
    """
    return np.interp(altitude, ATMOSPHERIC_TEMPERATURES[:,0], ATMOSPHERIC_TEMPERATURES[:,1])

Und dieser Code kann dann auch mit Vektoren benutzt werden.