はじめに

気象データを Python を使って地図とともに可視化するためには、matplotlib と cartopy を使うことが一般的です。Intel Macでの環境構築については、「Intel Macでmatplotlib+cartopyの環境構築」という記事で既に解説しました。

ここではApple M1チップを搭載したMacでの環境構築について説明します。環境については以下の通りです。

OS: macOS Big Sur 11.2
チップ: Apple M1

Homebrew

まずはHomebrewのインストールから説明します。公式サイトにアクセスし、書かれているコマンドを実行します。

/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

こちらの環境では実行すると

Error: Fetching /opt/homebrew failed!
Failed during: /opt/homebrew/bin/brew update --force --quiet

というエラーメッセージが出ました。
しかし、~/.zshrcに以下のようにパスを設定し、source ~/.zshrcで読み込み直した後、brew updateするとエラーは出ないようなので、特に問題はなさそうです。

export PATH="/opt/homebrew/bin:$PATH"
export LD_LIBRARY_PATH="/opt/homebrew/lib:$LD_LIBRARY_PATH"

ここでPATHはbrewコマンドを使うために必要になります。LD_LIBRARY_PATHが設定されていない場合、後にプログラムの実行時にライブラリが見つからずエラーになります。

バージョンは3.1.4がインストールされました。

$ brew --version
Homebrew 3.1.4
Homebrew/homebrew-core (git revision a469d3bb2a; last commit 2021-04-29)

バージョン3.0.0から公式にHomebrewがApple Siliconをサポートするようになりました（公式アナウンス）。今インストールされたのは、Rosetta 2を使わないM1ネイティブ対応版になります。Intel版との主な違いは、インストール先が/opt/homebrewに変更されたことと、まだM1未対応のformulaeが存在することです。

wgetをインストールして、ひとまず先に進みます。

brew install wget

Miniforge

Pythonのパッケージ管理や仮想環境の作成にはAnacondaやMinicondaがよく使われますが、これは残念ながらM1 Macには現在対応していません。その代わりに、Miniforgeと呼ばれるM1 Macに対応したディストリビューションを使います。基本的にMinicondaと同じように、condaコマンドが使えます。

公式ページにあるインストーラをダウンロードし実行します。

wget https://github.com/conda-forge/miniforge/releases/latest/download/Miniforge3-MacOSX-arm64.sh
bash Miniforge3-MacOSX-arm64.sh

ちなみに、試していませんが、brew install miniforgeでもインストールできるようです。

Cartopy用の環境構築

ここではcartopy-envという名前の仮想環境をPython 3.9をベースに作成することにします。

conda create -n cartopy-env python=3.9
conda activate cartopy-env

Cartopy以外でよく使うパッケージをcondaで先にインストールしておきます。

conda install -c conda-forge numpy scipy xarray netcdf4 matplotlib

Intel Macの場合は、conda install -c conda-forge cartopyでインストールできたわけですが、conda-forge の cartopy は osx-arm64 に対応していないため、condaコマンドではインストールできません。
そこでCartopyの公式サイトを参照しつつ、ソースからビルドすることになります。

まず、依存するパッケージを先にインストールします。

brew install proj geos
brew link proj
pip install --upgrade pyshp
pip install shapely --no-binary shapely

その後、pipでcartopyをインストールするのですが、環境変数CFLAGSでコンパイルオプションを指定しないと、エラーになります。

export CFLAGS="-I/opt/homebrew/include -L/opt/homebrew/lib"
pip install cartopy

この状態でPythonでimport cartopyをしてみると、ImportErrorが出ることがあります。

>>> import cartopy
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "/opt/homebrew/Caskroom/miniforge/base/envs/cartopy-env/lib/python3.9/site-packages/cartopy/__init__.py", line 96, in <module>
    import cartopy.crs
  File "/opt/homebrew/Caskroom/miniforge/base/envs/cartopy-env/lib/python3.9/site-packages/cartopy/crs.py", line 36, in <module>
    from cartopy._crs import (CRS, Geodetic, Globe, PROJ4_VERSION,
ImportError: dlopen(/opt/homebrew/Caskroom/miniforge/base/envs/cartopy-env/lib/python3.9/site-packages/cartopy/_crs.cpython-39-darwin.so, 2): Library not loaded: @rpath/libproj.22.dylib
  Referenced from: /opt/homebrew/Caskroom/miniforge/base/envs/cartopy-env/lib/python3.9/site-packages/cartopy/_crs.cpython-39-darwin.so
  Reason: image not found

/opt/homebrew/lib/を見てみると、libproj.19.dylibとlibproj.dylibは見つかりますが、libproj.22.dylibがないようです。
同様のissueはすでに上がっており、対処方法として最も手っ取り早いのは/opt/homebrew/lib/でlibproj.22.dylibのシンボリックリンクを作成することです。

ln -s libproj.dylib libproj.22.dylib

最後に、以下のプログラムを実行し、日本付近の地図が描画されれば、正しくインストールされたことが確かめられます。

draw.py

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.ticker as mticker
import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.feature as cfeature

land_50m = cfeature.NaturalEarthFeature(
    'physical', 'land', '50m',
    edgecolor='face',
    facecolor=cfeature.COLORS['land'])

plt.figure()
ax = plt.axes(projection=ccrs.Mercator())
ax.set_extent([120, 150, 20, 50], ccrs.PlateCarree())
ax.add_feature(land_50m)
ax.coastlines(resolution='50m', lw=0.5)
ax.gridlines(xlocs=mticker.MultipleLocator(10),
            ylocs=mticker.MultipleLocator(10),
            linestyle='-',
            color='gray')
plt.savefig("mercator.png")

M1 Macでmatplotlib+cartopyの環境構築

はじめに

Homebrew

Miniforge

Cartopy用の環境構築