GRIB

數據格式簡介

GRIB(General Regularly distributed Information in Binary form)，是由世界氣象組織（WMO）設計和維護的一種用于存儲和傳輸網格數據的標準數據格式，它是一種自描述的二進制壓縮格式，通常具有擴展名.grib，.grb或.gb。

世界氣象組織一共發布了3各版本的GRIB標準：

• GRIB 版本 0: 已淘汰，無技術支持，目前幾乎不再使用。
• GRIB 版本 1: 版本1是GRIB的歷史遺留版本，已停止開發。由于它已在國際民航組織（ICAO）的世界范圍預報系統中使用，因此仍得到WMO的認可。
• GRIB 版本 2: 版本2格式是GRIB標準的擴展和強化，它與版本1相比在壓縮比等性能上有更優異的表現。一些國家的數值天氣預報機構（尤其是美國和歐洲）正在逐步采用此版本，版本2不能與版本1兼容。

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

GRIB數據格式是以一個被稱為“報文”(Message)的數據結構為基本單元的集合體。每個“報文”中會存儲一套經緯度、變量數組以及所有描述性的屬性信息，而每個GRIB文件里會按順序排列存儲多個“報文”。

處理工具及方法

ecCodes

ecCodes是一個由ECMWF開發的程序包，它可以提供用于解碼和編碼GRIB格式的API和工具。我們可以使用conda來安裝：$?conda?install?-c?conda-forge?eccodes

ecCodes提供了一套處理grib數據的命令行工具，你可以使用?grib_dump?，?grib_ls?和?grib_get?來查看文件內容，也可以使用?grib_set?和?grib_filter?去修改內容，還可以用?grib_copy?去把部分內容復制出來，或者使用?grib_get_data?從文件中把經緯度和變量值提取出來。?grib_compare?還可以按照鍵去對不同GRIB文件進行對比。

grib_ls

grib_ls?命令行主要用于查看GIRB文件的內容信息

1. 查看GRIB文件所有報文的所有參數

$ 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

🔹 每列字段含義

字段名	含義
edition	GRIB 的版本，這里是 1，即 GRIB1 格式
centre	數據提供中心，ecmf 表示 ECMWF（歐洲中期天氣預報中心）
typeOfLevel	層類型，這里是 surface，表示地表或接近地表
level	層高度/層次值，對 surface 是 0
dataDate	數據日期，這里是 20100601（即 2010 年 6 月 1 日）或 20100602
stepRange	預報步長，0 表示分析場（analysis，即即時狀態，不是預報）
dataType	數據類型，an 表示 analysis（分析場）
shortName	變量短名稱

?

2.僅查看報文信息中的shortName和dataType參數

$ 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.篩選參數shortName為tp的報文信息

$ 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.查看距離(25°N,100°E)最近點的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)

更多詳細的參數說明及使用方法可以執行?grib_ls?-h?查看幫助文檔或閱讀ECMWF官方文檔：?GRIB tools

CDO

conda?install?-c?conda-forge?cdo

Python

cfgrib & xarray

conda?install?-c?conda-forge?eccodes?cfgrib?xarray

pygrib

安裝：?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()    # 查看所有關鍵字，此處列出的關鍵字都可以作為select的過濾條件
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()   # 提取經緯坐標In [21]: array = msg1.values    # 提取變量值In [23]: tps = msgs.select(shortName='tp')   # 選出所有shortName為tp的報文

警告

在pygrib中，打開的grib文件無法自動回收內存，因此在使用完畢grib數據以后，一定要執行?.close()?操作，否則如果打開的grib文件太多，會造成內存溢出。

iris

conda?install?-c?conda-forge?iris

pynio

conda?install?-c?conda-forge?pynio

NCL

conda?install?-c?conda-forge?ncl