氣象資料處理及可視化2013年9月任課教師：喬云亭qiaoyt士生助教：陳澤生738666137材及參考書GrADS軟件基礎教程，馬紅云、李麗平編著，氣象出版社，2011年11月。GrADS繪圖實用手冊，朱禾編著，氣象出版社，2011年10月。GrADS實用手冊（LASG編，PDF版）/glzc/GrADS/index.asp課程目的與教學基本要求本課程講授氣象繪圖軟件GrADS的使用及氣象常用其他軟件，為學生畢業論文的工作打下基礎。通過本課程的學習，要求學生能夠熟練處理氣象資料，并能夠根據需要編程、繪圖，作為結果分析的依據。授課方式本課程一半學時為老師講授，另一半學時為學生上機實習，老師在一旁指導。每周上課邊講授邊上機實習，有利于學生及時消化掌握老師講授的知識，使教學效果達到最好。總評成績平時成績：40%包括考勤、課堂作業、課后作業等期末成績：60%機考課程內容第一章氣象繪圖軟件GrADS基礎知識第二章GrADS繪圖的各種設置第三章變量和函數的定義及功能第四章站點數據格式及繪制站點圖第五章氣象數據的處理第六章其他氣象常用繪圖軟件簡介（選講）第一章氣象繪圖軟件GrADS基礎知識一GrADS軟件概述二如何繪制圖形1軟件安裝及說明手冊；2如何運行GrADS軟件；3繪圖必須具備的文件三數據文件和數據描述文件1格點數據文件；2數據描述文件四最簡單的繪圖步驟第二章GrADS繪圖的各種設置一GrADS批處理和腳本文件二GrADS圖元文件的輸出及調用三系統運行環境的參數設計和功能定義1維數環境設置；2圖形類型設置3圖形要素設置；4字符屬性設置5地圖投影設置；6坐標要素控制7繪圖區域設置；8基礎繪圖指令9系統參數設置；10

GrADS系統命令第三章變量和函數的定義及功能一變量名和表達式二臨時定義變量三函數1數學函數；2統計函數；3網格處理函數4濾波平滑函數；5差分函數6物理量計算函數7站點數據專用函數四循環結構五GrADS如何寫數據文件第四章站點數據格式及繪制站點圖一站點數據的存放格式二站點數據描述文件三繪制站點等值線圖及站點數據轉化為格點數據四GrADS繪制詳細中國地圖的方法第五章氣象數據的處理一氣象數據下載網址二grb格式的數據1

GRIB數據的ctl特殊之處2如何生成grb數據的ctl文件和idx文件3如何用wgrib.exe處理grb格式的數據三nc格式的數據1

GrADS可直接打開nc格式的數據2

netCDF專用工具之ncdump第六章其他氣象常用繪圖軟件簡介一Surfer二Wingraph本章選講，根據上課學生掌握情況調整，如時間充裕則講，否則不講。上課原則是盡量讓學生將講授的知識搞懂搞熟，注重效果。第一章氣象繪圖軟件GrADS基礎知識一GrADS軟件概述二如何繪制圖形1軟件安裝及說明手冊；2如何運行GrADS軟件；3繪圖必須具備的文件三數據文件和數據描述文件1格點數據文件；2數據描述文件四最簡單的繪圖步驟一、GrADS軟件概述氣象常用繪圖工具MICAPSExcel1D圖(線/直方/散點/…圖)Grapher1D圖(線/直方/散點/…圖)GrADS1D(線/直方/散點)圖,2D平面圖Surfer2D平面圖,3D曲面圖NCL1D圖,2D平面圖,3D曲面圖IDV,Vis5D1D圖,2D平面圖,3D曲面圖MATLAB,IDL1D圖,2D平面圖,3D曲面圖一般繪圖步驟數據準備圖樣選擇定制結果保存自動化繪圖批處理腳本編寫技巧GrADS是美國馬里蘭大學氣象系開發的一款氣象數據分析與顯示軟件。GrADS:GridAnalysisandDisplaySystemGr格點/站點——擅長格點數據處理A數據分析——簡單的計算和診斷D圖形顯示——圖樣選擇、定制、保存S系統——也可理解成腳本(Script)編程GrADS主要功能1）可以處理四維數據，包含經度、緯度、層次和時間；2）可以處理多種數據格式，包括二進制數據格式，GRIB格式，NetCDF格式等通用數據格式；3）可以對數據進行再加工，如fwrite語句；4）可以顯示多種類型圖形；5）可以精細設置各種繪圖要素；6）可以按多種方式存儲圖形文件；7）提供多種后期處理的軟件工具。GrADS軟件的優點1）軟件的專業性強，它是專門為從事氣象研究的科研和業務人員開發的，因此特別適用于氣象數據資料的分析和顯示；2）軟件適用于多種操作系統，如Windows7，Linux和工作站下的Unix等；3）軟件采用命令輸入和圖形顯示交互式的操作方式GrADS操作界面由命令窗口和圖形顯示窗口組成，在命令窗輸入命令，則在圖形窗出現相應圖形，這種操作方式簡單直觀，容易理解和使用。GrADS常用資源：

/glzc/GrADS/index.aspGrADSHomepage:/grads/GrADSScriptLibrary:/grads/gadoc/library.htmlGrADS中文討論區：

/bbs/forum-3-1.html《GrADS實用手冊》（LASG編）PDF版：/xglm/2007/10/xuiq4v4915.htmGrADS實用繪圖（講義，Funny主講）：/xglm/2007/10/d2cwn1biki.htmGrADS中國底圖（funny提供）：

cnhimap|cnmap全國水系、地圖等下載：

cnwater.zip

|cnriver.zip|cnworld.zipGrADS實用文檔LASG編《GrADS實用手冊》中文,較全面,可用來自學GrADSreferencecard英文,繪圖命令和函數速查GrADSscriptinglanguagereferencecard英文,腳本語言語法速查GrADSDocumentationIndex聯機英文索引,最全面GrADS繪圖軟件包的安裝操作系統Windows/Linux/UNIX/MacOSX其它要求仿UNIX圖形環境(Xserver)版本選擇Windows：OpenGrADSv2.0(一)軟件的安裝及說明手冊(Windows)運行GrADS安裝程序,建議安裝到盤區根目錄下，如D:\OpenGrADS安裝后,OpenGrADS目錄下的子目錄主要有Contents\Resources\SupportData字體,底圖,要素單位Contents\Resources\Scripts批處理腳本Contents\Cygwin\Versions\2.0.a5.oga.5\i686可執行文件如何繪制圖形運行GrADS繪圖軟件打開GrADS軟件，直接鍵入回車鍵橫放紙(風景畫方式)鍵入n回車豎放紙(肖像畫方式)在ga->提示符下鍵入指令，畫圖（1）原始氣象數據文件，一般情況下后綴為*.dat；（2）數據描述文件，后綴為*.ctl；——數據文件和GrADS軟件的紐帶，非常重要！！！此外，還應有：（3）GrADS控制文件，后綴為*.gs。（二）繪圖必須包括：原始數據文件：1、格點數據文件（最普遍，最常用）2、站點數據文件存放格式：

GrADS格點數據集為直接訪問形式（directaccessbinary），一個網格點上（即一個確定的經緯度，高度和時刻）可以有多個物理變量，GrADS視這些數據為一個大數組，其排放順序為先x（經度）、y（緯度）、z（高度層次），然后是各物理變量，最后是t（時次）。每個數據集由一個數據描述文件描述。格點數據文件多時刻多個層次多個變量的數據存放次序數據文件的讀取和寫入Readuwnd.f90數據描述文件（即.ctl文件）（例）：DSETua.datTITLEUpperAirDataDTYPEgridFORMATyrevOPTIONSbyteswappedUNDEF-9.99e33XDEF80linear0.01.0YDEF50linear20.01.0ZDEF10levels1000850700500400300250200150100TDEF4linear00:00z10apr199112hrVARS6slp099SeaLevelPressure(hPa)hgt1099Geopotentialheights(gpm)temp1099Temperature(degC)td699Dew-pointtemperature(degC)uwnd1099Zonalwind(m/s)vwnd1099Meridionalwind(m/s)ENDVARS每個描述文件包含以下幾項：1）二進制數據文件名；2）本數據集說明標題；3）數據集的數據類型，格式和選項（dtype,format,options）；——該項可省略4）缺測值定義；5）時空維數環境設置；6）變量定義。特別地，GrADS中不能用tab鍵。數據描述文件(ctl文件)ctl文件的格式ctl文件為文本格式文件，格式如下：每行頂格寫，記錄的各項以空格分開，注釋行在第一列打“*”，注釋行不能出現在變量列表中，每行記錄不超過80個字符。對某一層某一變量在某一時刻，x、y數據點構成了一個水平網格，該網格嚴格對應于FORTRAN中的數組存放順序，第一維總是從西變到東，第二維從南變到北。數據描述文件中各記錄詳細說明：1）DSET：要說明的數據文件2）TITLE：題目，簡要說明數據文件的意義3）DTYPE：數據類型，可以是格點（缺省）或站點4）FORMAT：格式，少用，可以在options項指出5）UNDEF：定義缺測值，GrADS不處理6）OPTIONS7）XDEF：X方向維數說明8）YDEF：Y方向維數說明9）ZDEF：Z方向維數說明10）TDEF：T方向（時間）維數說明11）VARS；ENDVARS：變量說明其中必需項包括：1、2、5、7、8、9、10、11X,Y方向的維數說明方向:自西向東,自南向北單位:度（緯度/經度）正負值:以東為正/以北為正xdef80

linear

0.0

1.0x(lon)方向維數定義；共有80個格點；坐標值線性增加；起始坐標值；坐標間隔可用levels關鍵字替換Y:gausT62、gausR15、gausR20、gausR40Z方向的維數說明zdef10

levels

1000850700500400300250200150100z方向維數定義；共10層；列舉法；給出坐標值；可用linear關鍵字替換方向:自下而上單位:hPa/其他T方向（時間）的維數說明tdef4

linear

00:00z10apr1991

12hrt方向維數定義；共4個時次；只有linear關鍵字，線性增加；起始時間必須按照上述格式寫：年份用4位數寫，10日00:00時（按情況可省略），1991年4月（不可省略）；時間步長：3mn分鐘;6hr小時;1dy天;1mo月;1yr年變量說明slp0

99

SeaLevelPressure(hPa)變量名為slp；地面變量；對變量的說明：海平面氣壓，單位為hPatemp10

99

Temperature(degC)變量名為temp；高空變量，共10層，與“zdef10levels1000850700500400300250200150100”對應；對變量的說明：高空溫度，單位為Ctd6

99

Dew-pointtemperature(degC)options是可選的關鍵字,其選項有：yrev自北向南的數據zrev自高層到低層的數據sequential順序存貯的數據365_day_calendar任何年份均是365天template多個文件byteswapped文件存儲的字節次序與本機相反big_endian在SUN,SGI等機器上生成的數據little_endian在PC,DEC等機器上生成的數據cray_32bit_ieee在Cray機上生成的數據（三）最簡單的繪圖步驟Step1:運行GrADS軟件Step2:打開一個數據描述文件ga>openexample.ctlStep3:顯示一個變量ga>displaytemp或ga>dtemp這只是最簡單的繪圖步驟，實際使用時繪圖的步驟還可以有所不同，邊學邊講！！！如果y方向是從北緯向南緯的方向儲存的，在ctl文件中，使用optionsyrev進行說明即可；如果z方向是從高空向地面的方向存放的，在ctl文件中，使用optionszrev進行說明即可；ydef和zdef的寫法，還是按照從南緯到北緯，從低層到高層的方向不變！特別說明：用一個.ctl文件描述多個數據文件options選項為template時，可用一個.ctl文件描述多個數據文件。例:某地區逐日溫度資料，每天的資料存為一個文件，每個文件的格式完全相同，文件名如下：tmp.20010101.dattmp.20010102.dattmp.20010103.dattmp.20010131.dat用一個.ctl文件描述多個數據文件則ctl文件的一個例子為：dsettmp.200101%d2.datoptionstemplate……tdef31linear01Jan20011dy……文件名中時間格式說明符%x11位數字表示的年代(如:1910,1920,1930)%x33位數字表示的年代(如:1980,1990,2000)%y22位數字表示的年%y44位數字表示的年%m11位或2位數字表示的月(如:1,2,…,11,12)%m2位數字表示的月(如:01,03,…,12)%mc3位字符表示的月(如:Jan,Feb,Mar,…)文件名中時間格式說明符(二)%d11位或2位數字表示的日(如:1,2,…,31)%d22位數字表示的日(如:01,02,10,31)%h11位或2位數字表示的小時(如:1z,2z,…,12z)%h22位數字表示的小時(如:01,02,10,24)%h33位數字表示的小時(如:120,012)%f22位或3位數字表示的預報時效(如:12,24,48,72,120)%f33位數字表示的預報時效(如:012,024,072,120)%n22位數字表示的分鐘(如:01,35,60)常用氣象資料大尺度資料采用再分析數據，主要有：NCAR/NCEP再分析資料；ECMWF再分析資料。高空資料為均勻分布的經緯度網格點，水平分辨率為2.5*2.5C，全球共144*73格點；地表資料則有2種，一種和高空資料相同，另一種為Gauss格點，經度是等間距的，分辨率為1.875C，緯度是不等間距的。如下的ctl文件，是我們通常使用的，它描述的數據example.dat符合一般的存儲順序：dsetexample.dattitleupperleveldataxdef144linear02.5ydef73linear-902.5zdef12levels1000925850700600500400300250200150100tdef480linearjan19581movars5hgt1299geopotentialheightuwnd1299u-windvwnd1299v-windomega1299verti