气象数据处理——数据表重排列(长表宽表转换)

一、长表转换为宽表

好多气象数据(如气象站点、格点等)是用长表存储的,其格式如下:

长表格式常用于数据的存储,尤其对于多维数据的存储十分方便,然而并不利于数据分析。

R语言tidyr包中的pivot_wider函数 可以将长表变为宽表,适用于将多个变量保存到了一列的情况。

如上图示例,我们需要将表中数据转换成:每年(列)不同站点(行)的观测值,我们使用以下代码:

d.tempwider <-d.monthtemp1 %>%pivot_wider(names_from = station,values_from=mean_temp)

结果如下图所示:

### 气象数据 NC 文件的空间插值 对于气象数据中的 NetCDF (nc) 文件进行空间插值,Python 提供了多种库来实现这一功能。基于给定的信息,在 Python 中可以通过 `xarray` 库加载 nc 数据,并借助于 `scipy.interpolate.griddata` 或者 `xESMF` 进行采样操作。 当面对不同分辨率的数据集时,如 SST(海温度)和 OLR(向外波辐射),为了使两者具有相同的地理网格结构以便后续分析或可视化展示,通常会选择较低分辨率的数据向较高分辨率的一方做适配变换[^1]。 #### 使用 XArray 和 SciPy 的简单线性插值案例 ```python import xarray as xr from scipy import interpolate # 加载原始SST数据 ds_sst = xr.open_dataset('path_to_your_sst_file.nc') # 定义目标经纬度范围(这里假设为OLR的经纬度) target_lon = ds_olr['lon'].values # 假设已有一个名为ds_olr的对象示OLR数据 target_lat = ds_olr['lat'].values # 创建新的坐标系用于存储插值后的结果 new_coords = {'lon': target_lon, 'lat': target_lat} interp_data = [] for time_step in range(len(ds_sst.time)): data_points = [(y,x,z) for y,x,z in zip(*xr.broadcast(ds_sst.lat, ds_sst.lon, ds_sst.sst.isel(time=time_step)))] grid_x, grid_y = np.meshgrid(target_lon, target_lat) interp_z = interpolate.griddata( points=[point[:2] for point in data_points], values=[point[-1] for point in data_points], xi=(grid_y, grid_x), method='linear' ) interp_data.append(interp_z) # 将插值得到的结果转换回DataArray形式并保存至新NetCDF文件中 result_da = xr.DataArray(data=np.array(interp_data), dims=['time', 'lat', 'lon'], coords={'time': ds_sst.time.values, **new_coords}) result_ds = result_da.to_dataset(name="sst") result_ds.to_netcdf('output_path/sst_interpolated.nc') ``` 上述代码片段展示了如何通过遍历时间轴上的每一个时刻来进行逐帧插值的过程;同时注意到了纬度方向上可能存在的降序排列情况,这在实际应用前应当被校正以确保插值算法正常工作[^4]。 此外,还有专门针对地球科学领域设计的强大工具包——`xESMF`,它能够更高效地完成跨模型之间的变量映射任务,尤其适合处理大规模气候模式输出资料间的相互比较研究。 #### 利用 CDO 工具简化命令行下的批量处理流程 除了编程方式之外,还可以考虑采用 Climate Data Operators(CDO)[^2] 来加速日常工作中频繁遇到的大规模数据预处理需求: ```bash cdo remapbil,target_grid.txt input_sst.nc output_sst_regridded.nc ``` 其中 `remapbil` 示使用双线性插值法作为默认选项之一,而具体的格网定义则需另行准备一个文本描述文件 (`target_grid.txt`) 明确指出目的区域内的经度/纬度间隔等参数设置。
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