第四章Grads数据资料转换和数据描述文件2013 - 图文

GrADS

(Grid Analysis and Display System)

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：

Program main

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

dimension var(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

do 100 it=1,nt

do 50 iz=1,nz

read(1,*) ((u(i,j,iz,it),i=1,nx),j=1,ny) 50 continue 100 continue

!!!!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

do 100 it=1,nt

do 100 iz=1,nz irec=irec+1

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

100 Continue 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

do 100 it=1,nt

irec=irec+1 write(12,rec=irec)

(((var(i,j,iz,it),i=1,nx),j=1,ny),iz=,1,nz) 101 Continue

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

do 100 it=1,nt

do 100 iz=1,nz

write(12) ((var(i,j,iz,it),i=1,nx),j=1,ny) 100 ntinue Close(1) Close(12) end

注意：

1）recl=:一次写入的数据量，与Fortran辑单位有关。

编 .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

（lon lat lev 不同变量 time ） (x y z 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

oo

SST.dat，其空间范围60-150E，0-40N；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)。

Program main

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

dimension u(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 do 100 it=1,nt

do 50 iz=1,nz irec=irec+1

write(12,rec=irec) ((u(i,j,iz,it),i=1,nx),j=1,ny) 50 continue do 51 iz=1,nz

irec=irec+1

write(12,rec=irec) ((v(i,j,iz,it),i=1,nx),j=1,ny) 51 continue irec=irec+1

write(12,rec=irec) ((sst(i,j,it),i=1,nx),j=1,ny) 100

continue

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）

dset d:\\llp\\data.grd --数据文件名 undef -9.99E+33 ----缺侧值 title NCEP/NCAR REANALYSIS PROJECT ---数据标题 xdef 37 linear 60.000 2.500 ----x方向维数 ydef 17 linear 0.000 2.500 ----y方向维数 zdef 2 levels 850 200 ----z方向维数 tdef 48 linear JAN1982 1mo ---时间维数 vars 3 ----变量总数 u 2 99 u wind (m/s) --U风场2层 v 2 99 v wind (m/s) --v风场2层 sst 1 99 TSFC DATA --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）DSET data-set-name

二进制原始数据文件的文件名(可包含路径)

2）TITLE string

用字符串string简略描述数据文件的内容。 3）UNDEF value

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）XDEF number 或 XDEF number

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）YDEF number mapping start 或 YDEF number

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：YDEF 20 GAUSR40 15

表示共有20个Y方向网格点，起始点为高斯

0

R40网格下的高斯纬度15(即64.10S),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

XDEF number LINEAR start increment YDEF number LINEAR start increment

6）ZDEF number mapping 或 ZDEF number

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：

ZDEF 10 LINEAR 1000 -100

LEVELS – (常用)

value-list：顺序枚举给出全部对应的等压面。

7）TDEF number LINEAR start-time increment 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）VARS number

abrev levs units description (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\的功能且具有更广泛的用途。

包括：