降水数据 | GPM

写在前面

最近需要使用GPM数据，发现已经发布了新的版本，已经更新到了version 7.

下面简单介绍以下这个数据： Global Precipitation Measurement (GPM) data products 。

GPM IMERG Final Precipitation L3 Half Hourly 0.1 degree x 0.1 degree V07

这个是我目前使用最多的数据：

Spatial Coverage :-180.0,-90.0,180.0,90.0

Temporal Coverage :2000-06-01 to  2024-03-01

Spatial :0.1 ° x 0.1 °

Temporal :30 minutes

The Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM (IMERG) 是一个近实时运行的数据，每个时刻运行两次：

" Early "

• 在观测时间 4hour 后运行，仅使用forward morphing

" Late "

• 在观测时间 14hour 后运行, 使用 both forward and backward morphing

"Final"

• 卫星测量产品在观测月份后4个月，使用both forward and backward morphing，包括monthly gauge analyses

在 V07 中，Final run得到的产品还通过monthly-GPCP的降水数据进行了校准。

相关变量信息 如下所示：

版本发布的历史：

数据介绍

GPM 任务是一个国际卫星网络，提供下一代全球雨雪观测。在热带降雨测量飞行任务（Tropical Rainfall Measuring Mission，TRMM）取得成功的基础上，是TRMM的延申，注意侧重于热带和亚热带海洋上空的大雨至中雨。

前身 TRMM

美国航天局和日本宇宙航空研究开发机构于 1997 年发射的热带降雨测量飞行任务 （TRMM）利用主动和被动微波仪器测量热带地区的降雨量。它还为合并来自其他卫星的降雨量信息奠定了基础。TRMM对于改进对飓风的近实时监测和准确估计雨量的时间累积非常重要。

装载

GPM携带了第一个空间机载 Ku/Ka 波段双频降水雷达（DPR）和多通道 GPM 微波成像仪（GMI）。DPR 仪器由工作频率为 35.5 GHz 的 Ka 波段降水雷达（KaPR）和工作频率为 13.6 GHz的 Ku 波段降水雷达（KuPR）组成，将对 78 英里和 152 英里（125 公里和 245 公里）范围内的降水结构进行三维测量。GMI是一个锥形扫描多通道微波辐射计，覆盖 550 英里（885 公里）的扫描带，有 13 个频率覆盖了从 10 GHz到 183 GHz的通道。

意义

通过改进对全球降水的测量，全球降水监测任务将有助于促进我们对地球水和能量循环的了解，改进对造成自然灾害和灾难的极端事件的预报，并扩展目前利用准确及时的降水信息直接造福社会的能力。

GPM 最初由美国国家航空航天局（NASA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）发起，是 TRMM 的延申。由国家空间研究中心（CNES）、印度空间研究组织（ISRO）、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）、欧洲气象卫星应用组织（EUMETSAT）等国际空间机构组成。GPM 核心天文台于美国东部时间 2014 年 2 月 27 日下午 1 时 37 分从日本种子岛航天中心发射升空。

GPM 将提供精度更高、覆盖范围更广、动态范围更大的全球降水测量数据，用于研究降水特征。预计全球降水监测还将通过同化瞬时降水信息改进天气和降水预报。与 TRMM 相比，全球降水监测增强的测量和采样能力将带来许多先进的科学贡献和社会效益：

• 进一步了解地球水循环及其与气候变化的关系
• 对风暴结构和大尺度大气过程的新认识
• 对降水微物理学的新认识
• 对气候敏感性和反馈过程的深入了解
• 增强监测和预测飓风和其他极端天气事件的能力
• 提高对洪水、干旱和山体滑坡等自然灾害的预测能力。
• 提高数值预测技能
• 改进农作物预报和淡水资源监测

数据组成

物理format是逻辑format的实现，其底层格式为分层数据格式（Hierarchical Data Format，HDF）。

GPM 数据产品包含元数据和数据。元数据是小型文本字符串，包含数据产品的名称、日期和时间等标签信息。元数据通常分为元数据组。

• 数据是数组或标量。数据通常被组织成轨道结构或网格结构。

处理级别是区分各种 GPM 公共数据的主要范围之一。在 L1 级和 L2 级，数据采用 "扫描带 "格式，与仪器扫描模式非常相似。L1 级数据通常最多是经过校准的辐射率或雷达反射率，而 L2 级数据则包含一些科学检索的结果--例如降水量。L3是从L2进行反演得到的规则全球网格数据，以daily和monthly分别进行存储。

此外，GPM还提供了 逐 30min，0.1°x0.1°，近乎全球（南北纬60°）的降水率数据 。是我所知道 覆盖范围最广、时空分辨率最高、质量最优 的降水产品。

可供下载的数据类型为： HDF5、netcdf-4 .

对于新手用户来说，重要的是要了解 HDF5 和 netCDF-4 格式是可以互换的。

用户不必花时间将 HDF5 转换为 netCDF-4，除非这对他们的特定应用（如地理信息系统，GSI）至关重要。

有关 GPM 数据文件内容的最新最佳文件，可在以下网址搜索相关标题：

• https://gpm.nasa.gov/resources/documents

数据下载

之前介绍过相关下载方法。

全球降水观测 | GPCP | GPM | TRMM | daily | 数据下载

自己选择需要的时空范围、数据类型，就可以很容易得到数据的链接，存放在txt文件中。

值得注意的是：如果你是在Linux 系统下使用wget进行下，你需要在你的环境下，新建一个 .netrc 文件，里面存放注册的用户名以及密码

machine urs.earthdata.nasa.gov login username password userpassword

将username和userpassword 换成你自己的，然后使用 wget -i subset_GPM_3IMERGHH_07_20240712_090838_.txt 进行下载即可。

具体相关不同平台下载的方式可以在以下网址进行查阅：

• https://disc.gsfc.nasa.gov/information/documents?title=Data%20Access#windows_wget

wget的下载方式如下：

• https://disc.gsfc.nasa.gov/information/howto?title=How%20to%20Access%20GES%20DISC%20Data%20Using%20wget%20and%20curl

数据读取

有许多工具和可视化软件包（免费的和商业的）可用于查看和转储 HDF5 文件的内容。

有几种编程语言的库可用于编写读取 HDF5 文件的软件。 Python、NCL、MATLAB 和 IDL 代码片段的一个极好来源可在以下网站找到：

• https://hdfeos.org/zoo/index_openGESDISC_Examples.php

以下给出一个python代码，绘制某一个时刻的降水率数据的空间分布图：

import os
import h5py
import matplotlib as mpl
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import numpy as np
import cmaps
FILE_NAME = "/Users/GPM/3B-HHR.MS.MRG.3IMERG.20230827-S003000-E005959.0030.V07B.HDF5"
    
with h5py.File(FILE_NAME, mode='r') as f:
    
    name = '/Grid/precipitation'
    data = f[name][0,:,:][:]
    units = f[name].attrs['units']
    _FillValue = f[name].attrs['_FillValue']
    data[data == _FillValue] = np.nan
    data = np.ma.masked_where(np.isnan(data), data)
    print(data)
    
    lon = f['Grid/lon'][:]
    lat = f['Grid/lat'][:]
    plt.figure(dpi=200)
    m = Basemap(projection='cyl', resolution='l',
                llcrnrlat=-90, urcrnrlat=90,
                llcrnrlon=-180, urcrnrlon=180)
    m.drawcoastlines(linewidth=0.5)
    m.drawparallels(np.arange(-90, 91, 45))
    m.drawmeridians(np.arange(-180, 180, 45), labels=[True,False,False,True])
    m.pcolormesh(lon, lat, data.T,vmin=0,vmax=21,cmap=cmaps.WhiteBlueGreenYellowRed)
    cb = m.colorbar()    
    cb.set_label(units)

    basename = os.path.basename(FILE_NAME)
    plt.title('{0}\n{1}'.format(basename, name))
    fig = plt.gcf()
    # plt.show()
    pngfile = "{0}.py.png".format(basename)
    fig.savefig(pngfile)

HDF5 工具和软件可在 HDF 集团的网页上查询，网址为

• http://www.hdfgroup.org/products/hdf5_tools/

命令行读取文件信息

当然在Linux 命令行也可以使用相关命令查阅文件信息

h5dump(free)

• 由 HDFGroup 开发的 h5dump 工具使用户能够检查 HDF5 文件的内容，并将这些内容以人类可读的形式转储到 ASCII 文件，或者转储到 XML 文件或二进制输出中。它可以显示整个 HDF5 文件的内容，也可以显示所选对象（可以是组、数据集、数据集子集、链接、属性或数据类型）的内容。

• http://www.hdfgroup.org/HDF5/release/obtain5.html

ncdump (free)

• 由 Unidata 开发的 ncdump 工具可将 netCDF 或兼容文件的内容打印为标准的 CDL 文本（ASCII）格式。该工具还可用作简单的浏览器，显示标注名称和长度；变量名称、类型和形状；属性名称和值；以及所有变量或选定变量的数据值。要查看 HDF5 数据文件，需要 4.1 或更高版本。ncdump 工具包含在 netCDF 库中。注意：在构建过程中必须包含 HDF5 支持。
• http://www.unidata.ucar.edu/downloads/netcdf/

H5_PARSE (IDL/commercial)

• H5_PARSE 函数通过 HDF5 文件或组进行递归，并创建包含对象信息和数据值的 IDL 结构。要读取 MZM HDF5 数据文件，必须购买版本为 8 或更高的 IDL 软件包。
• https://www.harrisgeospatial.com/docs/home.html

** PPS Science Algorithm Input/Output Toolkit**

• 该工具包提供 1) 为算法开发人员和研究人员提供一套常用例程和常量；2) 将热带降雨测量任务（TRMM）和全球降水测量（GPM）算法无缝集成到 PPS 环境中。
• ftp://pps.gsfc.nasa.gov/pub/PPStoolkit/GPM/

可视化工具

• HDFView (http://www.hdfgroup.org/hdf-java-html/hdfview/index.html)
• Panoply (http://www.giss.nasa.gov/tools/panoply/)
• https://disc.gsfc.nasa.gov/information/howto?title=How to View Remote Data in OPeNDAP with Panoply

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Huffman, G.J., E.F. Stocker, D.T. Bolvin, E.J. Nelkin, Jackson Tan (2019), GPM IMERG Final Precipitation L3 Half Hourly 0.1 degree x 0.1 degree V06, Greenbelt, MD, Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (GES DISC), Accessed: [Data Access Date], 10.5067/GPM/IMERG/3B-HH/06

Huffman, G.J., E.F. Stocker, D.T. Bolvin, E.J. Nelkin, Jackson Tan (2023), GPM IMERG Final Precipitation L3 Half Hourly 0.1 degree x 0.1 degree V07, Greenbelt, MD, Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (GES DISC), Accessed: [Data Access Date], 10.5067/GPM/IMERG/3B-HH/07

https://arthurhou.pps.eosdis.nasa.gov/Documents/IMERG_V07_ATBD_final.pdf