[硬文及数据分享】ERA5数据获取及如何利用最新的ERA5再分析资料开展WRF模拟？

关注Ai尚研修公众号

 详情请点击上面图片

综述

ERA5再分析资料是欧洲中心（ECMWF）发布的最新的高分辨率再分析数据，现阶段提供1979至今的小时尺度的分辨率为30km的大气、海洋和陆地资料。ECMWF如此介绍该资料：

A first segment of the ERA5 dataset is now available for public use (1979 to within 5 days of real time). ERA5 provides hourly estimates of a large number of atmospheric, land and oceanic climate variables. The data cover the Earth on a 30km grid and resolve the atmosphere using 137 levels from the surface up to a height of 80km. ERA5 includes information about uncertainties for all variables at reduced spatial and temporal resolutions.（https://www.ecmwf.int/en/forecasts/datasets/reanalysis-datasets/era5）

正文：如何利用最新的ERA5再分析资料开展WRF模拟？

 那么，如果有小伙伴希望使用ERA5资料驱动WRF进行高分辨率模拟，如何实现呢？本文简单介绍如下：

1.  ERA5下载

ERA5通过Climate Data Store (CDS) 下载，该网站提供网页和脚本（API）两种下载方式，具体下载步骤包括：

1.1   注册CDS账号：

网址为https://cds.climate.copernicus.eu/user/register，依照指示完成账号注册。

1.2   登录CDS网站，随意下载一个文件，接受licence从而获得下载权限。

1.3   设置cdsapi：

（1）       登录CDS账号，获取账号信息，并按照如下格式（图1）写入家目录$HOME/.cdsapirc文件

（2） 安装cdsapi：

1.4  下载surface变量，以2020年1月1日为例：

创建如下脚本（文件名随意，如surface.py）：

import cdsapi

c = cdsapi.Client()

c.retrieve('reanalysis-era5-single-levels',

    { 'product_type':'reanalysis',

        'format':'grib',

 'variable'[  '10m_u_component_of_wind','10m_v_component_of_wind','2m_dewpoint_temperature',

            '2m_temperature','land_sea_mask','mean_sea_level_pressure',

            'sea_ice_cover','sea_surface_temperature','skin_temperature',

         'snow_depth','soil_temperature_level_1','soil_temperature_level_2',     'soil_temperature_level_3','soil_temperature_level_4','surface_pressure',   'volumetric_soil_water_layer_1','volumetric_soil_water_layer_2','volumetric_soil_water_layer_3', 'volumetric_soil_water_layer_4'        ],

        'date':'20200101/20200101',

        'time':'00/to/21/by/3',},

'era5-20200101-surface.grib')

 执行python surface.py即可完成surface变量的下载。

下载后使用cdo打印文件信息如下：

1.5 下载pressure变量：

创建pressure.py脚本，内容如下：

import cdsapi

c = cdsapi.Client()

c.retrieve(

    'reanalysis-era5-pressure-levels',

    { 'product_type':'reanalysis',

        'format':'grib',

        'pressure_level':[

            '1','2','3',

            '5','7','10',

            '20','30','50',

            '70','100','125',

            '150','175','200',

            '225','250','300',

            '350','400','450',

            '500','550','600',

            '650','700','750',

            '775','800','825',

            '850','875','900',

            '925','950','975',

            '1000'],

         'date':'20200101/20200101',

        'time':'00/to/21/by/3',

        'variable':[ 'geopotential','relative_humidity',

            'temperature','u_component_of_wind','v_component_of_wind' ]},

     'era5-20200101-pressure.grib')

python pressure.py即可完成pressure变量的下载。

值得说明的是，该脚本中设定的为3小时间隔，即每日会下载8个文件，如果需要下载6小时间隔或者其他间隔，脚本的time处做相应修改即可。

下载后使用cdo

2. WRF运行

WRF模式运行和使用ERA-interim资料并无区别，geogrid.exe不在赘述，在ungrib步骤中，Vtable使用Vtable.ERA-interim.pl即可。

从前文可以看到，下载的ERA5资料为0.25°分辨率，按照比例原则，WRF模式外层分辨率即可达到8km及以下。

WPS其他部分及WRF运行和其他资料一致，不在赘述了。

3.       批量下载GRIB文件

有小伙伴问，如果要进行一周或者一月的模拟，有办法批量下载资料么？答案是肯定的，通过bash脚本，可以完成指定时间段的资料下载，参考脚本（以下载2020年1月资料为例）如下：

创建bash脚本（file.sh）如下：

#!/bin/bash

for dd in `seq -w 1 31`

do

rm -f surface.py

cat > surface.py << EOF

import cdsapi

c = cdsapi.Client()

c.retrieve(

    'reanalysis-era5-single-levels',

    { 'product_type':'reanalysis',

        'format':'grib',   'variable'[  '10m_u_component_of_wind','10m_v_component_of_wind','2m_dewpoint_temperature',

            '2m_temperature','land_sea_mask','mean_sea_level_pressure',

            'sea_ice_cover','sea_surface_temperature','skin_temperature',

          'snow_depth','soil_temperature_level_1','soil_temperature_level_2',        'soil_temperature_level_3','soil_temperature_level_4','surface_pressure',        'volumetric_soil_water_layer_1','volumetric_soil_water_layer_2','volumetric_soil_water_layer_3', 'volumetric_soil_water_layer_4' ],

        'date':'202001${dd}/202001${dd}',

        'time':'00/to/21/by/3',},

    'era5-202001${dd}-surface.grib')

EOF

 python surface.py

 rm -f pressure.py

cat > pressure.py << EOF

import cdsapi

c = cdsapi.Client()

c.retrieve(

    'reanalysis-era5-pressure-levels',

    { 'product_type':'reanalysis',

        'format':'grib',

        'pressure_level':[

            '1','2','3',

            '5','7','10',

            '20','30','50',

            '70','100','125',

            '150','175','200',

            '225','250','300',

            '350','400','450',

            '500','550','600',

            '650','700','750',

            '775','800','825',

            '850','875','900',

            '925','950','975',

            '1000' ],

        'date':'202001${dd}/202001${dd}',

        'time':'00/to/21/by/3',

        'variable':[

            'geopotential','relative_humidity',

            'temperature','u_component_of_wind','v_component_of_wind' ]  },

    'era5-202001${dd}-pressure.grib')

EOF

python pressure.py

done

 给予file.sh执行权限，然后运行即可。

4.  如果采用科学上网，下载速度可以提升N倍：）。

领取 | ERA5全球大气再分析数据和MSWEP多源融合降水数据

ERA5数据

      全球大气再分析的研究始于1979年的FGGE项目，之后美国、ECMWF和日本等国家推出了NCEP/NCAR、MERRA-2 、CFSR（V2）、ERA-40、ERA-Interim、和JRA-55等多套再分析数据。ERA5是第五代大气再分析产品，除了水平和垂直分辨率的显著提高外，精度也相对于第四代的ERA-Interim再分析数据有提高，成为全球最好的适合于气候研究的全球大气再分析数据。

      为帮助大家更好的使用数据，Ai尚研修特整理，提供地面降水、地面短波辐射、地面2m气温和地面风速（U10和V10）五个变量，其时间序列为1979-2018，时间分辨率为1h，空间分辨率为0.25°，中国地区总容量为685GB。

MSWEP数据

     2017年美国普林斯顿大学 Beck团队集成了 CPC Unified、GPCC、CMORPH、 GSMaP-MVK、TMPA 3B42RT、ERA-Interim、JRA-55 等各类降水数据，通过与全球雨量站观测数据对比，确定每个栅格单元不同来源降水数据的权重，提出了一种基于权重集合的多源降水融合数据——MSWEP ( Multi-source weighted ensemble precipitation)。MSWEP时间和空间分辨率分别达到了3 h（1h）和0. 25˚（0. 1°），数据序列自1979年延展至今。

     MSWEP 集成了雨量计、卫星和大气再分析等降水资料，相较于单一来源的 TMPA、GPM IMERG 和 ERA5融合降水产品，获取的降水信息更为全面、客观，同时满足高时空分辨率、长时间序列要求，数据自发布以来，就备受研究人员青睐。该数据在拉丁美洲、澳大利亚、印度、伊朗和中国等地区经过了大量的验证，具有可靠的精度。这样，在缺资料地区，该数据有显著优势。

     由于数据政策问题，最新实时的数据已较难获取。为帮助大家更好的使用数据，Ai尚研修收集了V1.0版本MSWEP，时间序列为1979-2015，时间分辨率3h/1d，空间分辨率0.25˚，全球覆盖，经过数据压缩后，总容量为397GB。

数据领取方式

此数据共享对象科研院所、高校有需求的科研学者，获取要求如下：
1、本次数据共享内容比较大，为了更快的获取资料，领取者需快递不低于2T空间的移动硬盘。
2、转发该文章至朋友圈设置公开或相关技术群，截图后台回复（单位、姓名及所在单位官网邮箱），获取具体数据获取地址！
注明：研究生获取需要请提供您导师姓名及导师网站公开邮箱，须由相应的导师进行领取。
注明：
1.本次数据只对科研院所及高校提供共享，如冒充领取者，经核实，所快递移动硬盘不负责发回。

2、获取方快递地址为所在单位地址，家庭住址不负责进行邮寄，我方快递地址核实后会进行回复。
备注：移动硬盘为易碎品，请妥善进行包装，回寄依然使用原包装，快递途中造成的损坏及回寄快递费用均为自负。

作者：clima
编辑：小艾
审稿：clima

—END—

关于Ai尚研修