记录各类气象数据格式的特性及其使用方法
GRIB(General Regularly distributed Information in Binary form)，是由世界气象组织（WMO）设计和维护的一种用于存储和传输网格数据的标准数据格式，它是一种自描述的二进制压缩格式，通常具有扩展名.grib，.grb或.gb。
世界气象组织一共发布了3各版本的GRIB标准：
- GRIB 版本 0: 已淘汰，无技术支持，目前几乎不再使用。
- GRIB 版本 1: 版本1是GRIB的历史遗留版本，已停止开发。由于它已在国际民航组织（ICAO）的世界范围预报系统中使用，因此仍得到WMO的认可。
- GRIB 版本 2: 版本2格式是GRIB标准的扩展和强化，它与版本1相比在压缩比等性能上有更优异的表现。一些国家的数值天气预报机构（尤其是美国和欧洲）正在逐步采用此版本，版本2不能与版本1兼容。
想了解更多GRIB1和GRIB2的信息，请参考：Introduction to GRIB Edition1 and GRIB Edition 2
GRIB数据格式是以一个被称为“报文”(Message)的数据结构为基本单元的集合体。每个“报文”中会存储一套经纬度、变量数组以及所有描述性的属性信息，而每个GRIB文件里会按顺序排列存储多个“报文”。
ecCodes是一个由ECMWF开发的程序包，它可以提供用于解码和编码GRIB格式的API和工具。我们可以使用conda来安装：$ conda install -c conda-forge eccodes
ecCodes提供了一套处理grib数据的命令行工具，你可以使用 grib_dump ， grib_ls 和 grib_get 来查看文件内容，也可以使用 grib_set 和 grib_filter 去修改内容，还可以用 grib_copy 去把部分内容复制出来，或者使用 grib_get_data 从文件中把经纬度和变量值提取出来。 grib_compare 还可以按照键去对不同GRIB文件进行对比。
查看GRIB文件内容可以用 grib_ls 命令行。
- 查看GRIB文件所有报文的所有参数
$ 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.grib
384 of 384 total messages in 1 files
- 仅查看报文信息中的shortName和dataType参数
$ 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.grib
384 of 384 total messages in 1 files
- 筛选参数shortName为tp的报文信息
$ 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.grib
384 of 384 total messages in 1 files
- 查看距离(25°N,100°E)最近点的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)
更多详细的参数说明及使用方法可以执行 grib_ls -h 查看帮助文档或阅读ECMWF官方文档grib_ls
安装：conda install -c conda-forge pygrib
使用方法:
In [1]: import pygrib
In [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 201809301200
In [5]: msg1.keys() # 查看所有关键字，此处列出的关键字都可以作为select的过滤条件
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() # 提取经纬坐标
In [21]: array = msg1.values # 提取变量值
In [23]: tps = msgs.select(shortName='tp') # 选出所有shortName为tp的报文警告：在pygrib中，打开的grib文件无法自动回收内存，因此在使用完毕grib数据以后，一定要执行 .close() 操作，否则如果打开的grib文件太多，会造成内存溢出。