CAMS Near Real Time 檔案處理

背景

• 歐洲近程預報中心（ecmwf）是位在英國雷丁的國際機構，組織如圖。其中哥白尼空氣監測服務（Copernicus Atmosphere Monitoring Service）為提供會員國有關空氣品質服務的整合系統，詳見官網及wiki說明。

• 其資料來源包括衛星觀測（如下圖）、地面觀測、以及模式模擬的結果，為一同化後的結果，因此會有比較高的參考價值。

資料下載

• CAMS NRT數據必須使用python module下載，雖然提供了點選的網頁，但是為產生程式碼，實際下載是使用python 的WEBAPI程式，在OS的命令列環境執行下載程序的。

1.註冊、登入（密碼必須含有特殊字元）

2.點選月份、時間、步階、測項，之後可以選擇預覽及格式，如下圖：

• 由於NRT數據並不是傳統直角座標、或等間距（經緯度）的網格系統，netCDF的NCO程式（除了ncdump）並不能幫上什麼，因此還是選擇GRIB格式。

3.ecmwfapi python installation： pip install ecmwf-api-client

4.python execution

• 需要token

   export ECMWF_API_URL="https://api.ecmwf.int/v1"
   export ECMWF_API_KEY=$TOKEN
   export ECMWF_API_EMAIL=$EMAIL
   python get.py
  

5.get.py code(eg)

   #!/usr/bin/env python
   from ecmwfapi import ECMWFDataServer
   server = ECMWFDataServer(url="https://api.ecmwf.int/v1",key="...",email="...")
   server.retrieve({
       "class": "mc",
       "dataset": "cams_nrealtime",
       "date": "2019-09-01/to/2019-09-30",
       "expver": "0001",
       "levtype": "sfc",
       "param": "4.218/6.218/13.218/16.218/27.218/30.218/45.218/47.218/72.210/74.210/125.210/126.210/127.210/128.210/137.128/208.210/211.210/212.210/250.210",
       "step": "6",
       "stream": "oper",
       "time": "00:00:00/12:00:00",
       "type": "fc",
       "target": "output",
   })

• 下載檔案的時間標籤可以使用[[EAC4_Times]]來檢視。

1. 直接在python階段切割經緯度（How to download the CAMS Reanalysis data via the ECMWF Web API）（未測試）

   If you do not want global data, you can add ”area” as N/W/S/E in lat/lon degrees. Southern latitudes and western longitudes must be given as negative numbers, e.g., ”area”: ”75/-20/10/60”. If you set “area”, you should also add a lat/lon grid, e.g., “grid”: “1.0/1.0”, as shown in c. For more details about “area”, see this link

內插到直角座標系統

由於CAMS檔案的空間座標系統並不是等間距系統，而是Reduced Gaussian Grids系統，因此在內插時採用scipy.interpolate的griddata功能。

1. The ECMWF Model Grids

• 可以用指令：grib_dump -D output |more找到92-92 latlonvalues latLonValues = (1045584,0) [latitudeLongitudeValues] {}
• 可以看到北極之座標原點(89.7311,          0~89.7311,          340)
• 對照到N32~N640的第一圈緯度，只有N256是一樣的。
• 詳參https://confluence.ecmwf.int/display/EMOS/N256

  2. griddata內插

• 定出各層範圍，篩選範圍內的RGG點，轉換成直角座標，然後進行griddata內插，得到範圍內grid mesh的值。
• 程式範例如int_spd1D.py
• 輸入檔案
  • arguments
    • spnm0=sys.argv[1]
    • yrmo=sys.argv[2]
    • dt=int(sys.argv[3])
  • $ROOT/camxruns/2019/ICBC/ecmwf/near_real_time/sys.argv[1]/file*.txt
    • cat grib2的逐時結果
    • 格式為lat,lon,value (FF)
• xy_d1348528.csv、xy_d188838.csv、或xy_d13380.csv
  • 各種RGG座標與轉換成LCP之xy座標
  • 橙色數字為RGG在d1範圍的點數
• 輸出檔nc檔案：spnm0+’_d1.nc’

  3.注意

• griddata在應用時不允許外插情況發生，因此mesh 需要向內縮小一個delta x(y)距離，來保證只發生內插。
• twd97 模組應用在中國大陸或太平洋範圍可能會出錯。改用pyproj較為可靠。

grb2m3.py

new and updated, see evernote

Reference

1. CAMS再分析數據說明https://www.ecmwf.int/en/elibrary/18885-new-cams-global-reanalysis-atmospheric-composition
2. 再分析逐日空品數據之應用https://www.ecmwf.int/en/elibrary/19028-use-sentinel-5p-air-quality-data-cams
3. Accessing ECMWF data servers in batch，https://confluence.ecmwf.int/display/WEBAPI/Accessing+ECMWF+data+servers+in+batch 
4. Reduced Gaussian Grid systems, https://confluence.ecmwf.int/display/EMOS/Reduced+Gaussian+Grids Here 全球空品模擬結果之下載與格式轉換 parent:Dr. Kuang’s Evernotes_Grid Models

分析結果項目與編號表

地面變數項

定壓層變數項

定比例層變數項

預報結果項目與編號表

地面變數項

定壓層變數項

定比例層變數項

另參

• CAMS預報檔作為cmaq之BCON([[2022-08-16-CAMS_bc]]¹)、ICON([[2022-08-16-CAMS_ic]]²)。