GRIB学习笔记:样例文件分析 - Section 3

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本文通过分析一个GRIB2消息介绍GRIB2格式。

样例文件来自中国气象局数值预报中心GRAPES全球模式的预报结果,选用2019年5月26日00时次的000时次850hPa温度场。

Section 3: Grid Definition Section

定义数据的网格表面和几何形状,内容如下

OctetsKeyTypeContent
1-4section3LengthunsignedLength of section in octets (nn)
5numberOfSectionunsignedNumber of section (3)
6sourceOfGridDefinitioncodetableSource of grid definition (see Code Table 3.0 and Note 1)
7-10numberOfDataPointsunsignedNumber of data points
11numberOfOctectsForNumberOfPointsunsignedNumber of octets for optional list of numbers (see Note 2)
12interpretationOfNumberOfPointscodetableInterpretation of list of numbers (see Code Table 3.11)
13-14gridDefinitionTemplateNumbercodetableGrid Definition Template Number (= N) (see Code Table 3.1)
15-xxGrid Definition Template (see Template 3.N, where N is the Grid Definition Template Number given in octets 13-14)
[xx+1]-nnOptional list of numbers defining number of points (see Notes 2, 3 and 4)

用可选的格点列表来表示不规则的网格点,附加在规则网格模板点的后面。数值预报中心只用规则网格。

grib_dump示例

======================   SECTION_3 ( length=72, padding=0 )    ======================
1-4       section3Length = 72
5         numberOfSection = 3
6         sourceOfGridDefinition = 0 [Specified in Code table 3.1 (grib2/tables/4/3.0.table) ]
7-10      numberOfDataPoints = 1036800
11        numberOfOctectsForNumberOfPoints = 0
12        interpretationOfNumberOfPoints = 0 [There is no appended list (grib2/tables/4/3.11.table) ]
13-14     gridDefinitionTemplateNumber = 0 [Latitude/longitude  (Also called equidistant cylindrical, or Plate Carree)  (grib2/tables/4/3.1.table) ]
15        shapeOfTheEarth = 6 [Earth assumed spherical with radius of 6,371,229.0 m (grib2/tables/4/3.2.table) ]
16        scaleFactorOfRadiusOfSphericalEarth = 0
17-20     scaledValueOfRadiusOfSphericalEarth = 0
21        scaleFactorOfEarthMajorAxis = 0
22-25     scaledValueOfEarthMajorAxis = 0
26        scaleFactorOfEarthMinorAxis = 0
27-30     scaledValueOfEarthMinorAxis = 0
31-34     Ni = 1440
35-38     Nj = 720
39-42     basicAngleOfTheInitialProductionDomain = 0
43-46     subdivisionsOfBasicAngle = 0
47-50     latitudeOfFirstGridPoint = 89875000
51-54     longitudeOfFirstGridPoint = 0
55        resolutionAndComponentFlags = 48 [00110000]
56-59     latitudeOfLastGridPoint = -89875000
60-63     longitudeOfLastGridPoint = 359750000
64-67     iDirectionIncrement = 250000
68-71     jDirectionIncrement = 250000
72        scanningMode = 0 [00000000]

说明

样例文件Section 3由0x25开始。

1-4: section长度

5: section序号

section长度为0x48,序号为3。下一节起始位置在0x25 + 0x48 = 0x6d。

可以看到下一节为Section 4,长度为0x22。

6:网格定义的来源,由Code Table 3.0定义。

样例消息为0,表示使用Code table 3.1定义的网格。

如果不为0,后续11、12、[xx+1]-nn会定义额外的不规则点。数值预报中心尚未使用不规则点,所以暂不考虑。

7-10: 数据点个数

样例消息数据点个数为0xFD200=1036800,与模式分辨率一致(1440 * 720 = 1036800)

11: 附加列表每个点所占字节数,样例消息不用,直接赋零。

12:对附加列表的解释,样例消息没有附加列表,直接赋零(There is no appended list)。

13-14: 网格定义模板号,由Code table 3.1定义

样例文件为0x0,表示经纬度网格(Latitude/longitude Also called equidistant cylindrical, or Plate Carre)。

15-xx:网格定义模板。样例消息从octet 15开始到本节结束,都是该网格的模板。

经纬度网格

经纬度网格的模板为Template 3.0

OctetsKeyTypeContent
15shapeOfTheEarthcodetableShape of the earth (see Code Table 3.2)
16scaleFactorOfRadiusOfSphericalEarthunsignedScale factor of radius of spherical earth
17-20scaledValueOfRadiusOfSphericalEarthunsignedScaled value of radius of spherical earth
21scaleFactorOfEarthMajorAxisunsignedScale factor of major axis of oblate spheroid earth
22-25scaledValueOfEarthMajorAxisunsignedScaled value of major axis of oblate spheroid earth
26scaleFactorOfEarthMinorAxisunsignedScale factor of minor axis of oblate spheroid earth
27-30scaledValueOfEarthMinorAxisunsignedScaled value of minor axis of oblate spheroid earth
31-34NiunsignedNi - number of points along a parallel
35-38NjunsignedNj - number of points along a meridian
39-42basicAngleOfTheInitialProductionDomainunsignedBasic angle of the initial production domain (see Note 1)
43-46subdivisionsOfBasicAngleunsignedSubdivisions of basic angle used to define extreme longitudes and latitudes, and direction increments (see Note 1)
47-50latitudeOfFirstGridPointsignedLa1 - latitude of first grid point (see Note 1)
51-54longitudeOfFirstGridPointsignedLo1 - longitude of first grid point (see Note 1)
55resolutionAndComponentFlagscodeflagResolution and component flags (see Flag Table 3.3)
56-59latitudeOfLastGridPointsignedLa2 - latitude of last grid point (see Note 1)
60-63longitudeOfLastGridPointsignedLo2 - longitude of last grid point (see Note 1)
64-67iDirectionIncrementunsignedDi - i direction increment (see Notes 1 and 5)
68-71jDirectionIncrementunsignedDj - j direction increment (see Notes 1 and 5)
72scanningModecodeflagScanning mode (flags - see Flag Table 3.4)
73-nnplunsignedList of number of points along each meridian or parallel (These octets are only present for quasi-regular grids as described in notes 2 and 3)

对于我这种门外汉,上面的描述比较专业。不过,可以参考ecCodes中Template 3.0的定义文件:

# Copyright 2005-2018 ECMWF.

# TEMPLATE 3.0, Latitude/longitude (or equidistant cylindrical, or Plate Carree)

include "grib2/template.3.shape_of_the_earth.def";
include "grib2/template.3.latlon.def";

可以看到,该模板分成两部分:地球形状(15-30)和经纬度网格(31-72)。

地球形状

地球形状与模式本身有关。对于数值预报中心的GRAPES系统模式系统,地球形状是固定的。

15: 地球形状,由Code Table 3.2定义。

样例文件的地球形状为球形(Earth assumed spherical with radius of 6,371,229.0 m)。

16-30: 定义具体的参数,不知道实际的含义,样例文件均为0,不再说明。

经纬度网格

说明数据区域范围和模式分辨率,Section 3中最重要的部分。

31-34: 纬度方向格点数

样例文件为0x5A0 = 1440。

35-38: 经度方向格点数

样例文件为0x2D0 = 720。

上述两者相乘 1440 * 720 = 1036800,正好是7-10位置记录的总格点数。

39-42: basicAngleOfTheInitialProductionDomain

43-46: subdivisionsOfBasicAngle

如果默认的单位(\( 10^{-6} \)度)无法满足要求,需要设置这两个值。数值预报中心的模式产品不使用这两个值,均为0。

47-50: 第一个格点的纬度,默认的单位为\( 10^{-6} \)度。

样例文件为0x55B6238 = 89875000‬,即北纬89.875度。

51-54:第一个格点的经度,默认的单位为\( 10^{-6} \)度。

样例文件为0x0 = 0‬,即经度为0度。

55: 分辨率和分量标志,由Flag Table 3.3确定。

BitValueMeaning
1-2Reserved
30i direction increments not given
31i direction increments given
40j direction increments not given
41j direction increments given
50Resolved u- and v- components of vector quantities relative to easterly and northerly directions
51Resolved u- and v- components of vector quantities relative to the defined grid in the direction of increasing x and y (or i and j) coordinates respectively
6-8Reserved - set to zero

样例文件为0x30,即00110000,表示:

BitValueMeaning
31已设置纬线方向(i方向)增量
41已设置经线方向(j方向)增量
50矢量的u、v分量相对于东风向和北风向

56-59: 最后一个格点的纬度,默认的单位为\( 10^{-6} \)度。

样例文件为0x855B6238 = -89875000(32位有符号整数的补码),即纬度为南纬89.875度。

60-63: 最后一个格点的经度,默认的单位为\( 10^{-6} \)度。

样例文件为0x15715970 = 359750000‬,即经度为359.75度。

64-67: 纬线方向(i方向)增量,纬线上相邻两个格点的距离。

样例文件为0x3D090 = 250,000‬,即纬线方向增量为0.25度。

68-71: 经线方向(j方向)增量,经线上相邻两个格点的距离。

样例文件为0x3D090 = 250,000‬,即经线方向增量为0.25度。

72: 扫描模式,与经纬度网格点数据排列顺序有关,由Flag Table 3.4定义。

样例文件为0x0,含义如下:

含义
10第一行或列沿+i(+x)方向扫描
20第一行或列沿-j(-y)方向扫描
30i(x)方向相邻的格点是连续存储的
40所有行沿相同方向扫描

下面的图形说明数据是如何存储的。

1
1
2
2
3
3
4
4
9
9
10
10
11
11
12
12
5
5
6
6
7
7
8
8
13
13
14
14
15
15
16
16
i(x) 纬线方向
i(x) 纬线方向
-y(-j)经线方向
-y(-j)经线方向
0
0
359.75
359.75
89.875
89.875
-89.875
-89.875

73-nn: 样例文件中没有该数据,数值预报中心的GRIB2数据不使用该字段。