GRIB

数据格式简介

GRIB(General Regularly distributed Information in Binary form)，是由世界气象组织（WMO）设计和维护的一种用于存储和传输网格数据的标准数据格式，它是一种自描述的二进制压缩格式，通常具有扩展名.grib，.grb或.gb。

世界气象组织一共发布了3各版本的GRIB标准：

• GRIB 版本 0: 已淘汰，无技术支持，目前几乎不再使用。
• GRIB 版本 1: 版本1是GRIB的历史遗留版本，已停止开发。由于它已在国际民航组织（ICAO）的世界范围预报系统中使用，因此仍得到WMO的认可。
• GRIB 版本 2: 版本2格式是GRIB标准的扩展和强化，它与版本1相比在压缩比等性能上有更优异的表现。一些国家的数值天气预报机构（尤其是美国和欧洲）正在逐步采用此版本，版本2不能与版本1兼容。

想了解更多GRIB1和GRIB2的信息，请参考：Introduction to GRIB Edition1 and GRIB Edition 2

GRIB数据格式是以一个被称为“报文”(Message)的数据结构为基本单元的集合体。每个“报文”中会存储一套经纬度、变量数组以及所有描述性的属性信息，而每个GRIB文件里会按顺序排列存储多个“报文”。

处理工具及方法

ecCodes

ecCodes是一个由ECMWF开发的程序包，它可以提供用于解码和编码GRIB格式的API和工具。我们可以使用conda来安装：$ conda install -c conda-forge eccodes

ecCodes提供了一套处理grib数据的命令行工具，你可以使用 grib_dump ， grib_ls 和 grib_get 来查看文件内容，也可以使用 grib_set 和 grib_filter 去修改内容，还可以用 grib_copy 去把部分内容复制出来，或者使用 grib_get_data 从文件中把经纬度和变量值提取出来。 grib_compare 还可以按照键去对不同GRIB文件进行对比。

grib_ls

grib_ls 命令行主要用于查看GIRB文件的内容信息

1. 查看GRIB文件所有报文的所有参数

$ grib_ls ERA5_20191231.grib
ERA5_20191231.grib
edition      centre       typeOfLevel  level        dataDate     stepRange    dataType       shortName    packingType  gridType
1            ecmf         surface      0            20191231     0            an             10u          grid_simple  regular_ll
1            ecmf         surface      0            20191231     0            an             10v          grid_simple  regular_ll
1            ecmf         surface      0            20191231     0            an             2d           grid_simple  regular_ll
...
384 of 384 messages in ERA5_20191231.grib384 of 384 total messages in 1 files

🔹 每列字段含义

字段名	含义
edition	GRIB 的版本，这里是 1，即 GRIB1 格式
centre	数据提供中心，ecmf 表示 ECMWF（欧洲中期天气预报中心）
typeOfLevel	层类型，这里是 surface，表示地表或接近地表
level	层高度/层次值，对 surface 是 0
dataDate	数据日期，这里是 20100601（即 2010 年 6 月 1 日）或 20100602
stepRange	预报步长，0 表示分析场（analysis，即即时状态，不是预报）
dataType	数据类型，an 表示 analysis（分析场）
shortName	变量短名称

 

2.仅查看报文信息中的shortName和dataType参数

$ grib_ls -p shortName,dataType ERA5_20191231.grib
ERA5_20191231.grib
shortName   dataType
10u         an
10v         an
2d          an
...
384 of 384 messages in ERA5_20191231.grib384 of 384 total messages in 1 files

3.筛选参数shortName为tp的报文信息

$ grib_ls -w shortName=tp ERA5_20191231.grib
ERA5_20191231.grib
edition      centre       typeOfLevel  level        dataDate     stepRange    dataType     shortName    packingType  gridType
1            ecmf         surface      0            20191230     5-6          fc           tp           grid_simple  regular_ll
1            ecmf         surface      0            20191230     6-7          fc           tp           grid_simple  regular_ll
1            ecmf         surface      0            20191230     7-8          fc           tp           grid_simple  regular_ll
...
384 of 384 messages in ERA5_20191231.grib384 of 384 total messages in 1 files

4.查看距离(25°N,100°E)最近点的paramId,name和值

$ grib_ls -l 25,100,1 -p paramId,name ERA5_20191231.grib
ERA5_20191231.grib
paramId     name         value
165         10 metre U wind component  -0.229126
166         10 metre V wind component  -0.69986
168         2 metre dewpoint temperature  272.847
...
384 of 384 total messages in 1 files
Input Point: latitude=25.00  longitude=100.00
Grid Point chosen #2 index=39460 latitude=25.00 longitude=100.00 distance=0.00 (Km)
Other grid Points
- 1 - index=39461 latitude=25.00 longitude=100.25 distance=25.18 (Km)
- 2 - index=39460 latitude=25.00 longitude=100.00 distance=0.00 (Km)
- 3 - index=39180 latitude=25.25 longitude=100.25 distance=37.48 (Km)
- 4 - index=39179 latitude=25.25 longitude=100.00 distance=27.78 (Km)

更多详细的参数说明及使用方法可以执行 grib_ls -h 查看帮助文档或阅读ECMWF官方文档： GRIB tools

CDO

conda install -c conda-forge cdo

Python

cfgrib & xarray

conda install -c conda-forge eccodes cfgrib xarray

pygrib

安装： conda install -c conda-forge pygrib

使用方法

In [1]: import pygribIn [2]: msgs = pygrib.open('./20180930-fc-sfc.grib')In [3]: msg1 = msgs[1]In [4]: msg1
Out[4]: 1:Surface pressure:Pa (instant):regular_ll:surface:level 0:fcst time 0 hrs:from 201809301200In [5]: msg1.keys()    # 查看所有关键字，此处列出的关键字都可以作为select的过滤条件
Out[5]:
['globalDomain','GRIBEditionNumber','eps',...'section5Length','analDate','validDate']In [6]: msg1.shortName   # 查看shortName
Out[6]: 'sp'In [10]: msg1.name    # 查看name
Out[10]: 'Surface pressure'In [17]: lats, lons = msg1.latlons()   # 提取经纬坐标In [21]: array = msg1.values    # 提取变量值In [23]: tps = msgs.select(shortName='tp')   # 选出所有shortName为tp的报文

警告

在pygrib中，打开的grib文件无法自动回收内存，因此在使用完毕grib数据以后，一定要执行 .close() 操作，否则如果打开的grib文件太多，会造成内存溢出。

iris

conda install -c conda-forge iris

pynio

conda install -c conda-forge pynio

NCL

conda install -c conda-forge ncl