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GRIB

GRIB（GRIdded Binary或通用定期發佈的二進制形式資訊）是通常用在氣象學中儲存歷史的和預報的天氣數據的簡明數據格式。它由世界氣象組織的基本系統委員會於1985年標準化，描述於WMO編碼手冊（出版物No.306），最初編號為FM 92-VIII Ext. GRIB。 第一版GRIB被世界範圍內的多數氣象中心業務化使用，用於數值天氣預報（NWP）輸出。第二版是2003年發表的GRIB2，最新編號為FM 92–XIV GRIB，氣象數據發佈逐漸的變更到這個格式。

General Regularly-distributed Information in Binary form
開發者世界氣象組織
最新版本
master table version number 29[1]
2022年5月15日，​2年前​（2022-05-15）
格式類型科學數據格式
免費格式？是
網站Manual on Codes - International Codes, Volume I.2

概述

GRIB是國際公用的二進制格式，用來有效的儲存氣象/海洋的物理量場和描述它們的元數據。GRIB數據檔案典型的由記錄的搜集組成，即多個GRIB記錄可以串聯在一起形成一個單一數據集。GRIB記錄是自描述數據對象，每個記錄都不只包含數據，而且包含描述空間網格、有效時間、垂直層次的元數據，故而把它們合併成數據檔案的次序是任意的。每個GRIB記錄典型的包含特定時間和垂直層次的一個2-D經緯度坐標的數據網格，4-D GRIB數據集一般展開為時間或垂直層次不同的一組2-D記錄。GRIB2相比於GRIB，有着更加複雜的頭部欄位集合用於元數據，還提供了可以更加顯著縮小檔案大小的數據壓縮；GRIB2記錄還可以包含集合（ensemble）資訊，適合於傳輸集合預報（英語：Ensemble forecasting）產品。[2]

網格封包裝

在WMO的GRIB2指南文件中舉實例說明GRIB2報文（message）格式，選用了假想的500 hPa的位勢高度5 X 5網格，這25個高度值的範圍是從極小值5340位勢米（gpm）到極大值5460 gpm。演示了採用簡單包裝方案的編碼過程：

  • 第一步，數值的單位位勢米（gpm）已經是SI單位，不需要轉換，否則需要轉換。
  • 第二步，採用計算「字」位長度的方法，要求精度值D為1，即精確到小數點後1位，把所有值都縮放10D並取整為整數，結果範圍從53400到54600。
  • 第三步，取參照值R為53400，所有網格值都減去這個參照值，余值範圍是從0至1200。
  • 第四步，確定要表示極大余值1200需要的位元數，這裏是11位。
  • 第五步，所有的余值都包裝入11位長的「字」中，25個值總共需要275位長，等價於34位元組加上3位，再用0填充5位最終形成35位元組。

解碼過程通過參照值R和精度值D把包裝後的值恢復為最初的值。這種從浮點數轉換成定點數的包裝方法可以初步縮減數據大小，也可稱為是一種數據壓縮；GRIB2支援在此基礎上的PNG和JPEG2000壓縮。

檔案格式

一個GRIB檔案中可以有多個GRIB報文，每個報文開始於文字「GRIB」結束於文字「7777」，二者之間都是二進制的元數據和數據。GRIB報文結構與大多數氣象報文比如GRID（FM 47）一樣，劃分為多個節（section）：

GRIB1 GRIB2
SECTION 0 指示符節 SECTION 0 指示符節
SECTION 1 產品定義節 SECTION 1 標識節
SECTION 2 局部使用節（可選）
SECTION 2 網格描述節（可選） SECTION 3 網格定義節
SECTION 4 產品定義節
SECTION 5 數據表示節
SECTION 3 點陣圖節（可選） SECTION 6 點陣圖節
SECTION 4 二進制數據節 SECTION 7 數據節
SECTION 5 結束節 SECTION 8 結束節

GRIB1的第2節，GRIB2的第1、3、4、5、7節，可在多個模板中選用其一，這裏模板的含義是：「對一組數據實體的標準化格局的描述」[3]。在GRIB2中，第2節到第7節、第3節到第7節或第4節到第7節，可以重複出現，從而允許在一個報文中出現多個網格數據。

軟件

現有使用GRIB檔案的一些應用軟件套件，其範圍從命令列實用程式到圖形視覺化包。

  • ecCodes[4]，是ECMWF開發的開源的C、Fortran90庫和Python模組，可呼叫解碼和編碼GRIB和GRIB2數據的API，軟件套件還包括一組有用的命令列工具[5]。它演化自GRIB API[6]，向用戶提供了以鍵/值方式訪問元數據的一組函數。ECMWF還提供繪圖包Magics[7]和Metview[8]工作站/批次處理系統，可處理和視覺化GRIB和GRIB2檔案。
  • NCEP GRIB1 codes[9]，開源的Fortran90庫w3lib，用於解碼和編碼GRIB格式的數據。
  • NCEP GRIB2 codes[10]，開源的Fortran90庫g2lib和C庫g2clib，用於解碼和編碼GRIB2格式的數據。
  • WGRIB[11]，基於命令列的實用工具，用來操縱、列清單和解碼GRIB檔案。
  • wgrib2[12]，基於命令列的實用工具，不只是升級wgrib可讀取GRIB2檔案，還可將其分片或分塊。
  • 網格分析和顯示系統（GrADS），開源的基於命令列的桌面應用，直接處理GRIB和GRIB2檔案[13]。
  • NCAR命令語言[14]，可以讀取、分析和視覺化GRIB和GRIB2數據，並轉換它成為其他網格數據格式。
  • CDO[15]（氣候數據算子），是地球科學數據分析工具，支援GRIB和GRIB2。
  • Picogrib[16]，自由的C語言（FORTRAN可呼叫）GRIB解碼包，一定程度上相容於ECMWF GRIBEX常式。
  • JGrib[17]，開源庫用來在Java中讀取GRIB檔案。
  • NetCDF-Java通用數據模型[18]，是可以讀取GRIB和GRIB2檔案的Java庫。
  • PyNIO[19]，是Python程式語言模組，允許讀寫訪問各種數據格式，使用了建模在netCDF上的介面。
  • PyGrib[20]，python語言擴充模組，允許讀寫GRIB和GRIB2格式。
  • Meteosatlib[21]，自由軟件C++庫和一組工具，在各種格式間轉換衛星圖像；它可以讀寫GRIB數據，並且它的GRIB編碼/解碼器可以單獨使用。
  • 地理數據抽象庫（GDAL[22]），流行的開源地理數據讀寫庫。
  • Xconv/Convsh[23]，Xconv是一個圖形工具，用來顯示和轉換各種網格數據，並可在Linux和OS X作業系統上獲得。Convsh是它的命令列等價者。
  • IDV[24]，面向地球科學的平台無關的應用程式，可用來視覺化和分析NetCDF、GRIB和GRIB2檔案。
  • degrib[25]（曾叫做NDFD GRIB2解碼器），可讀取GRIB和GRIB2檔案。
  • zyGrib[26]，是在Linux、Mac OS X和Windows上開源的圖形軟件，用來下載和顯示GRIB和GRIB2檔案。
  • XyGrib[27]，是對zyGrib繼續開發的開源軟件，是GRIB和GRIB2檔案閱讀器並視覺化氣象數據提供離線分析能力。
  • glgrib[28]，這個應用使用OpenGL來顯示GRIB2場。具有光柵、等值線、向量、色條、比例尺、海岸線、邊界線、經緯度、蘭伯托投影、高斯網格。可以互動的（移動、縮放等）檢視場。已經使用它來顯示高清晰率的場（2.5km和1.25km全球）。

此外，一些天氣預報軟件和導航軟件及手機app支援GRIB或GRIB2，如ATMOGRAPH ModelVis[29]、Expedition[30]、PolarView[31]、OpenCPN[32]、GribAE[33]、qtVlm[34]和Weather4D[35]；PredictWind Offshore App[36]、PocketGrib[37]、WeatherTrack[38]、mazu[39]、SailGrib[40]、iGrib[41]。

參見

參照

  1. ^ Manual on Codes - International Codes, Volume I.2, Annex II to the WMO Technical Regulations: Part B – Binary Codes, Part C – Common Features to Binary and Alphanumeric Codes. [2022-09-09]. （原始內容存檔於2022-12-02）. 
  2. ^ What is GRIB? （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
  3. ^ Introduction to GRIB Edition1 and GRIB Edition 2 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
  4. ^ ecCodes. [2023-04-24]. （原始內容存檔於2023-05-01）. 
  5. ^ 命令列工具 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  6. ^ GRIB API （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  7. ^ Magics（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  8. ^ Metview（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  9. ^ NCEP GRIB1 codes （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  10. ^ NCEP GRIB2 codes （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  11. ^ WGRIB （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  12. ^ wgrib2 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  13. ^ 存档副本. [2019-06-09]. （原始內容存檔於2020-07-11）. 
  14. ^ NCAR命令語言（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  15. ^ CDO（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  16. ^ Picogrib（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  17. ^ JGrib（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  18. ^ NetCDF-Java通用数据模型. [2019-06-11]. （原始內容存檔於2008-05-09）. 
  19. ^ PyNIO（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  20. ^ PyGrib （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  21. ^ Meteosatlib（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  22. ^ GDAL（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  23. ^ Xconv/Convsh （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  24. ^ IDV （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  25. ^ degrib （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  26. ^ zyGrib（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  27. ^ XyGrib （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  28. ^ glgrib （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  29. ^ ATMOGRAPH ModelVis（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  30. ^ Expedition（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  31. ^ PolarView
  32. ^ OpenCPN （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  33. ^ GribAE（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  34. ^ qtVlm （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  35. ^ Weather4D （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  36. ^ PredictWind Offshore App （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  37. ^ PocketGrib（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  38. ^ WeatherTrack（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  39. ^ mazu （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  40. ^ SailGrib（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  41. ^ iGrib （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）

標準文獻

外部連結

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