第四章Grads数据资料转换和数据描述文件解析.docx

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第四章Grads数据资料转换和数据描述文件解析

GrADS

（GridAnalysisandDisplaySystem）

讲义（4）

内容提要

一、GrADS所能处理的数据格式

二、数据资料的准备（binary）

ASCII码数据文件向二进制数据文件的转换

三、数据描述文件的构成

四、其它数据文件简介（netCDF/GRIB）

五、GrADS控制文件简介

一、GrADS所能处理的数据格式

--Binary：

自制，直接、顺序存取，Fortran可以读写。

*.grd

--netCDF（自描述）：

精确性好，便于传输；*.nc

--GRIB：

压缩率高。

*.grb

--HDF-SDS（卫星资料）

--ASCII（台风路径）

--站点

--BUFR（V1.9版本）：

二进制通用数据表示格式（BUFR），用于非格点气象数据的保存，便于网络传输，是世界气象组织（WMO）规定的标准格式，目前使用的常规气象资料数据以及雷达、卫星数据资料转换为BUFR格式

二、Binary格式介绍

1、简介

1）GrADS最基本的数据格式；

2）常用后缀：

*.grd,.bin,.dat；

3）可用fortran读写；

4）一般为二进制无格式文件（form=‘unformatted’）；

5）访问形式

直接（access=‘direct’）

顺序（access=sequential）--ctl文件中说明

6）格式说明由数据描述文件（*.ctl）描述；

数据资料———数据描述文件———GrADS

翻译器

注意：

数据文件和数据描述文件是分开的。

后者为纯文本格式，可用一般的编辑器产生（如记事本等）；

2、GrADS中数据的存放形式

1）5-D的数据集

（x，y）,z,VAR,t

排放顺序为先经度、纬度、高度，然后是物理变量，最后是时次变化。

一个x、y数据场构成一个记录。

2）3—D空间的排列

x从西---东，

y从南---北，

z从下--上

3、如何由ASCII码数据生成一个直接存取的无格式数据文件

----------借助于Fortran程序完成

例1：

有一个4-D要素场，将其由ASCII码数据转为无格式直接存取文件，Fortran程序如下：

Programmain

C定义一个X,Y,Z方向的格点以及总时次nt

parameter（nx=144,ny=73,nz=17,nt=48）

c定义数组

dimensionvar（nx,ny,nz,nt）

c打开原数据文件

open（1,file='d:

\llp\test.dat'）

!

!

ccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc!

!

ccccccc一定格式把数据文件读入

do100it=1,nt

do50iz=1,nz

read（1,*）（（u（i,j,iz,it）,i=1,nx）,j=1,ny）

50continue

100continue

CCCCCCCCCCCCCCCCCCC

ccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc

c打开目标文件，recl为记录的长度。

open（12,file='d:

\llp\test.grd',

&form='unformatted',access='direct',recl=nx*ny*4）

c写数据资料

irec=0

do100it=1,nt

do100iz=1,nz

irec=irec+1

write（12,rec=irec）（（var（i,j,iz,it）,i=1,nx）,j=1,ny）

100Continue

Close

（1）

Close（12）

end

还可以用另外的一种方式写资料，见下：

c打开目标文件，recl为记录的长度。

open（12,file='d:

\llp\test.grd',

&form='unformatted',access='direct',recl=nx*ny*nz*4）

c写数据资料

irec=0

do100it=1,nt

irec=irec+1

write（12,rec=irec）（（（var（i,j,iz,it）,i=1,nx）,j=1,ny）,iz=,1,nz）

101Continue

Close

（1）

Close（12）

end

另外一种写法：

c打开目标文件，recl为记录的长度。

open（12,file='d:

\llp\test.grd',

&form='binary'）

c写数据资料

do100it=1,nt

do100iz=1,nz

write（12）（（var（i,j,iz,it）,i=1,nx）,j=1,ny）

100ntinue

Close

（1）

Close（12）

end

注意：

1）recl=:

一次写入的数据量，与Fortran编辑单位有关。

.以字节数为单位：

需要*4，recl=nx*ny*nz*4

.以数据个数为单位，不需*4，recl=nx*ny*nz

2）recl与rec有关联

3）不同维数的循环嵌套顺序

（lonlatlev不同变量time）

（xyz不同变量t）

（内循环-------------外循环）

例2、如何将多个要素写入同一个数据文件中？

现有ASCII码数据资料文件u.dat、v.dat和SST.dat，其空间范围60-150oE，0-40oN；层次：

u、v为850、200hPa；时段：

1982.1-1985.12；分辨率：

2.5*2.5。

要求编写出将这三个文件转换成二进制无格式直接存取文件的Fortran程序，并给出相应的数据描述文件（CTL文件）。

Programmain

C定义一个X,Y,Z方向的格点以及总时次nt

parameter（nx=37,ny=17,nz=2,nt=48）

c定义数组

dimensionu（nx,ny,nz,nt）,v（nx,ny,nz,nt）,sst（nx,ny,nt）

c打开原数据文件

open（1,file='d:

\llp\u.dat'）

open（2,file='d:

\llp\v.dat'）

open（3,file='d:

\llp\sst.dat'）

c打开目标文件，recl为记录的长度。

open（12,file='d:

\llp\data.grd',

&form='unformatted',access='direct',recl=nx*ny*4）

cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc按一定格式把数据文件读入cc

ccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc

cccccccccc写数据资料ccccccccccc

irec=0

do100it=1,nt

do50iz=1,nz

irec=irec+1

write（12,rec=irec）（（u（i,j,iz,it）,i=1,nx）,j=1,ny）

50continue

do51iz=1,nz

irec=irec+1

write（12,rec=irec）（（v（i,j,iz,it）,i=1,nx）,j=1,ny）

51continue

irec=irec+1

write（12,rec=irec）（（sst（i,j,it）,i=1,nx）,j=1,ny）

100continue

close

（1）

close（12）

end

注意：

1）recl与rec；

2）循环顺序；

3）数据描述文件中变量的顺序与此相同；

三、GRADS描述文件

下面为相应于例2的CTL文件（data.ctl）

dsetd:

\llp\data.grd--数据文件名

undef-9.99E+33----缺侧值

titleNCEP/NCARREANALYSISPROJECT---数据标题

xdef37linear60.0002.500----x方向维数

ydef17linear0.0002.500----y方向维数

zdef2levels850200----z方向维数

tdef48linearJAN19821mo---时间维数

vars3----变量总数

u299uwind（m/s）--U风场2层

v299vwind（m/s）--v风场2层

sst199TSFCDATA--海表温度

Endvars--变量描述结束

1、描述文件构成介绍

每个描述文件一般包含以下几项：

（1）被描述的数据文件名（dset）

（2）该数据说明文件的标题（title）

（3）数据类型、格式和选项（dtype,format,option）

（4）时间、空间维数环境设置

（xdef,ydef,zdef,tdef）

（5）变量定义（vars,endvars）

注意：

数据描述文件的每行记录的各项以空格分开，注释行在第一列打“*”，注释行不能出现在变量列表中，每行记录不超过80个字符，

2、数据描述文件中各记录的含义

1）DSETdata-set-name

二进制原始数据文件的文件名（可包含路径）

2）TITLEstring

用字符串string简略描述数据文件的内容。

3）UNDEFvalue

定义缺测值，GrADS在运算操作和图形操作时将忽略这些格点。

4）XDEFnumber或

XDEFnumber

Number：

是X方向网格点数，>=1的整型数；

LINEAR时：

网格点格距均匀；

Start：

起始经度（单位:

度），浮点数表示，负数表示西经，自西向东。

Increment：

网点间距，单位为度，正浮点数。

LEVELS时：

网格距可不均匀，

value-list顺序列出各格点的经度值，可续行表示，至少有两个以上格点时方可用LEVELS。

5）YDEFnumbermappingstart或

YDEFnumber

Number：

Y方向的格点数，用整数表示

mapping表示映射方式，有以下几种：

LINEAR--线性映射

GAUSR15--高斯（Gaussian）R15纬度

GAUSR20--高斯R20纬度

GAUSR30--高斯R30纬度

GAUSR40--高斯R40纬度

LINEAR时：

Start：

起始纬度（单位：

度），浮点数表示，负数表示南纬；

Increment：

Y方向网格距，正浮点数表示，由南向北。

LEVELS时：

value-list：

顺序枚举一系列网格点对应的纬度值，可续行表示，至少有两个以上格点时方可用LEVELS。

高斯GAUSRxx映射：

start为第一个高斯网格数，1表示最南端格点纬度

例如：

YDEF20GAUSR4015

表示共有20个Y方向网格点，起始点为高斯R40网格下的高斯纬度15（即64.100S）,实际这20个网格点对应的纬度值为：

-64.10,-62.34,-60.58,-58.83,-57.07,-55.32,-53.56,

-51.80,-50.05,-48.29,-46.54,-44.78,-43.02,-41.27,

-39.51,-37.76,-36.00,-34.24,-32.49,-30.73

注：

常见形式

XDEFnumberLINEARstartincrement

YDEFnumberLINEARstartincrement

6）ZDEFnumbermapping或

ZDEFnumber

设置气压面与垂直网格点的映射关系

Number：

Z方向网格点数，为整型数

mapping为映射类型，有如下几种：

LINEAR--线性映射

Start：

Z＝1时的值或起始值

Increment：

Z方向的增量，从低到高，该增量可取负值。

例如：

ZDEF10LINEAR1000-100

LEVELS–（常用）

value-list：

顺序枚举给出全部对应的等压面。

7）TDEFnumberLINEARstart-timeincrement

设置网格值与时间的映射关系。

Number:

总时次数，用整型数表示;

start-time:

起始日期/时间，格式为：

hh:

mmZddmmmyyyy

hh:

两位数的小时

mm:

两位数的分钟

dd:

一位或两位数的日期

mmm:

三个字符的月份缩写

yyyy:

两位或四位数年份，

注:

缺省值:

hh=00，mm=00，dd=1号;

月、年值不能省缺，整个时间串中不能有空格。

例如：

12Z1JAN1990

14:

20Z22JAN1987

JUN1960

Increment:

时间增量，

格式为vvkk，

vv:

增量值，用1位或2位整型数表示

kk:

增量类型，

mn表示分钟，

hr表示小时，

dy表示天，

mo表示月，

yr表示年，

如：

20mn---表示增量为20分钟，

1mo表示增量为1个月，

2dy表示增量为2天。

8）VARSnumber

abrevlevsunitsdescription（变量描述格式）

ENDVARS

变量描述部分

number:

变量个数,

abrev:

变量名,1-8个字符，以字母（a~z）开头，由字母和数字组成；

levs:

整型数，变量含有的垂直层次数，

0表示该变量只有一层，如地表变量；units:

为以后使用预留，暂时设为常数99；description:

一段说明该变量的字符串，最多40个字符.

ENDVARS:

表示数据描述文件结束。

9）dtype

说明数据格式的类型，当binary时省略；

包括：

-grid（省略）

-grb

-station

-bufr

-hdfsds

-netcdf

v1．9新增

9）OPTIONS

可替代"format"的功能且具有更广泛的用途。

包括：