GRIB学习笔记：样例文件分析 - Section 3

June 01, 2019 (最后修改: November 04, 2020)

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：

Octets	Key	Type	Content
1-4	section3Length	unsigned	Length of section in octets (nn)
5	numberOfSection	unsigned	Number of section (3)
6	sourceOfGridDefinition	codetable	Source of grid definition (see Code Table 3.0 and Note 1)
7-10	numberOfDataPoints	unsigned	Number of data points
11	numberOfOctectsForNumberOfPoints	unsigned	Number of octets for optional list of numbers (see Note 2)
12	interpretationOfNumberOfPoints	codetable	Interpretation of list of numbers (see Code Table 3.11)
13-14	gridDefinitionTemplateNumber	codetable	Grid Definition Template Number (= N) (see Code Table 3.1)
15-xx			Grid Definition Template (see Template 3.N, where N is the Grid Definition Template Number given in octets 13-14)
[xx+1]-nn			Optional 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。

Octets	Key	Type	Content
15	shapeOfTheEarth	codetable	Shape of the earth (see Code Table 3.2)
16	scaleFactorOfRadiusOfSphericalEarth	unsigned	Scale factor of radius of spherical earth
17-20	scaledValueOfRadiusOfSphericalEarth	unsigned	Scaled value of radius of spherical earth
21	scaleFactorOfEarthMajorAxis	unsigned	Scale factor of major axis of oblate spheroid earth
22-25	scaledValueOfEarthMajorAxis	unsigned	Scaled value of major axis of oblate spheroid earth
26	scaleFactorOfEarthMinorAxis	unsigned	Scale factor of minor axis of oblate spheroid earth
27-30	scaledValueOfEarthMinorAxis	unsigned	Scaled value of minor axis of oblate spheroid earth
31-34	Ni	unsigned	Ni - number of points along a parallel
35-38	Nj	unsigned	Nj - number of points along a meridian
39-42	basicAngleOfTheInitialProductionDomain	unsigned	Basic angle of the initial production domain (see Note 1)
43-46	subdivisionsOfBasicAngle	unsigned	Subdivisions of basic angle used to define extreme longitudes and latitudes, and direction increments (see Note 1)
47-50	latitudeOfFirstGridPoint	signed	La1 - latitude of first grid point (see Note 1)
51-54	longitudeOfFirstGridPoint	signed	Lo1 - longitude of first grid point (see Note 1)
55	resolutionAndComponentFlags	codeflag	Resolution and component flags (see Flag Table 3.3)
56-59	latitudeOfLastGridPoint	signed	La2 - latitude of last grid point (see Note 1)
60-63	longitudeOfLastGridPoint	signed	Lo2 - longitude of last grid point (see Note 1)
64-67	iDirectionIncrement	unsigned	Di - i direction increment (see Notes 1 and 5)
68-71	jDirectionIncrement	unsigned	Dj - j direction increment (see Notes 1 and 5)
72	scanningMode	codeflag	Scanning mode (flags - see Flag Table 3.4)
73-nn	pl	unsigned	List 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。

Bit	Value	Meaning
1-2		Reserved
3	0	i direction increments not given
3	1	i direction increments given
4	0	j direction increments not given
4	1	j direction increments given
5	0	Resolved u- and v- components of vector quantities relative to easterly and northerly directions
5	1	Resolved 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
6-8		Reserved - set to zero

样例文件为0x30，即00110000，表示：

Bit	Value	Meaning
3	1	已设置纬线方向（i方向）增量
4	1	已设置经线方向（j方向）增量
5	0	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：

位	值	含义
1	0	第一行或列沿+i(+x)方向扫描
2	0	第一行或列沿-j(-y)方向扫描
3	0	i(x)方向相邻的格点是连续存储的
4	0	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。

1122334499101011111212556677881313141415151616i(x) 纬线方向i(x) 纬线方向-y(-j)经线方向-y(-j)经线方向00359.75359.7589.87589.875-89.875-89.875

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。