Python气象数据处理与绘图：常用气象数据下载—耦合模式比较计划(CMIP6)

气海无涯 2021-08-03

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一、耦合模式比较计划(CMIP)简介

官网：

1https://www.wcrp-climate.org/wgcm-cmip

CMIP是国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project）的缩写，最早是在1995年由世界气候研究计划（WCRP）下属的耦合模式工作组（WGCM）主持开展的。自CMIP诞生以来，一直致力于促进气候模式的发展和完善，并支持气候变化的评估和预估工作。目前已开展了5次耦合模式比较计划，当前正在进行的是第6次耦合模式比较计划，即CMIP6。基于CMIP计划的气候变化研究，是气候评估和谈判的重要基础，也为IPCC气候变化评估报告的撰写提供了参考价值。

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的气候模式诊断和比较计划项目（PCMDI）多年来一直对CMIP计划提供支持，包括确定该计划的Scope，提供下载的平台等。目前，CMIP6数据的下载仍主要由LLNL支持的网站获取。

WCRP的大科学挑战（WCRP，2016）是发起和组织CMIP计划的重要科学背景。描述CMIP6试验设计和组织的文章发表于2016年（Erying et al. 2016），此后在2018年CMIP6共批准了23个子计划。这些标准的气候模拟比较计划，主要着眼于三个关键科学问题：
（i）地球系统如何响应外强迫；
（ii）当前气候模式的系统性偏差产生的原因及其影响；
（iii）在气候系统内部变率、可预报性和未来预估情景不确定的情况下如何对未来气候变化进行预估。

CMIP6计划的试验设计有三个层次，即：
（i）核心的DECK试验。DECK是气候诊断、评估和描述（Diagnostic，Evalutationand Charcaterization of Klima）的缩写。DECK试验是CMIP计划的入门试验，任何完成DECK试验并参与国际共享的模式，即被认为参与了CMIP计划。
（ii）第二级的历史气候模拟试验（historical试验）。historical试验是CMIP6计划的入门试验，任何完成historical试验并参与国际共享的模式，即被认为参与了CMIP6计划。
（iii）在两级入门试验的外层是CMIP6的23个模拟比较子计划（MIPs）。关于各子计划的目标和细节，以及更详细的内容，可参看文末提供的参考文章。

参考资料：

1https://esgf-node.llnl.gov/projects/cmip6/
2Eyring, V., Bony, S., Meehl, G. A., Senior, C. A., Stevens, B., Stouffer, R. J., and Taylor, K. E.: Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization, Geosci. Model Dev., 9, 1937–1958.
3周天军, 邹立维, 陈晓龙. 第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）评述. 气候变化研究进展[J], 2019, 15(5): 445-456.

二、acccmip6模块

 1!pip install acccmip6==5.1.2
 2Requirement already satisfied: acccmip6==5.1.2 in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (5.1.2)
 3Requirement already satisfied: pandas in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from acccmip6==5.1.2) (1.1.1)
 4Requirement already satisfied: requests in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from acccmip6==5.1.2) (2.24.0)
 5Requirement already satisfied: setuptools in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from acccmip6==5.1.2) (49.6.0.post20200814)
 6Requirement already satisfied: xlrd in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from acccmip6==5.1.2) (1.2.0)
 7Requirement already satisfied: python-dateutil>=2.7.3 in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from pandas->acccmip6==5.1.2) (2.8.1)
 8Requirement already satisfied: numpy>=1.15.4 in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from pandas->acccmip6==5.1.2) (1.19.1)
 9Requirement already satisfied: pytz>=2017.2 in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from pandas->acccmip6==5.1.2) (2020.1)
10Requirement already satisfied: idna<3,>=2.5 in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from requests->acccmip6==5.1.2) (2.10)
11Requirement already satisfied: certifi>=2017.4.17 in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from requests->acccmip6==5.1.2) (2020.6.20)
12Requirement already satisfied: chardet<4,>=3.0.2 in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from requests->acccmip6==5.1.2) (3.0.4)
13Requirement already satisfied: urllib3!=1.25.0,!=1.25.1,<1.26,>=1.21.1 in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from requests->acccmip6==5.1.2) (1.25.10)
14Requirement already satisfied: six>=1.5 in /opt/conda/lib/python3.8/site-packages (from python-dateutil>=2.7.3->pandas->acccmip6==5.1.2) (1.15.0)

测试是否安装成功

1!acccmip6
2usage: acccmip6 [-h] [-dir DIR] -o OUTPUT_OPTIONS [-m M] [-e E] [-v V] [-f F]
3                [-r R] [-rlzn RLZN] [-yr YR] [-c C] [-desc DESC] [-time TIME]
4                [-skip SKIP]
5acccmip6: error: the following arguments are required: -o/--output-options

官方文档：

1https://acccmip6.readthedocs.org/

三、查看可下载的模式

 1!acccmip6 -o M -m show
 2                <<You are using the CMIP6DB module now>>
 3
 4Use 'show' as the -m/-e/-f/-v/-r argument option instead of the names
 5
 6Example: acccmip -o M -m show >>> will generate a list of all currently available models in the CMIP6 database.
 7
 8Currently  103  models has outputs!
 9
10Available models: 
11
12
13['4AOP-v1-5', 'ACCESS-CM2', 'ACCESS-ESM1-5', 'ARTS-2-3', 'AWI-CM-1-1-HR', 'AWI-CM-1-1-LR', 'AWI-CM-1-1-MR', 'AWI-ESM-1-1-LR', 'BCC-CSM2-HR', 'BCC-CSM2-MR', 'BCC-ESM1', 'CAMS-CSM1-0', 'CAS-ESM2-0', 'CESM1-1-CAM5-CMIP5', 'CESM1-CAM5-SE-HR', 'CESM1-CAM5-SE-LR', 'CESM1-WACCM-SC', 'CESM2', 'CESM2-FV2', 'CESM2-WACCM', 'CESM2-WACCM-FV2', 'CIESM', 'CMCC-CM2-HR4', 'CMCC-CM2-SR5', 'CMCC-CM2-VHR4', 'CMCC-ESM2', 'CNRM-CM6-1', 'CNRM-CM6-1-HR', 'CNRM-ESM2-1', 'CanESM5', 'CanESM5-CanOE', 'E3SM-1-0', 'E3SM-1-1', 'E3SM-1-1-ECA', 'EC-Earth3', 'EC-Earth3-AerChem', 'EC-Earth3-LR', 'EC-Earth3-Veg', 'EC-Earth3-Veg-LR', 'EC-Earth3P', 'EC-Earth3P-HR', 'EC-Earth3P-VHR', 'ECMWF-IFS-HR', 'ECMWF-IFS-LR', 'ECMWF-IFS-MR', 'FGOALS-f3-H', 'FGOALS-f3-L', 'FGOALS-g3', 'FIO-ESM-2-0', 'GFDL-AM4', 'GFDL-CM4', 'GFDL-CM4C192', 'GFDL-ESM2M', 'GFDL-ESM4', 'GFDL-GRTCODE', 'GFDL-OM4p5B', 'GFDL-RFM-DISORT', 'GISS-E2-1-G', 'GISS-E2-1-G-CC', 'GISS-E2-1-H', 'GISS-E2-2-G', 'GISS-E3-G', 'HadGEM3-GC31-HH', 'HadGEM3-GC31-HM', 'HadGEM3-GC31-LL', 'HadGEM3-GC31-LM', 'HadGEM3-GC31-MH', 'HadGEM3-GC31-MM', 'IITM-ESM', 'INM-CM4-8', 'INM-CM5-0', 'INM-CM5-H', 'IPSL-CM6A-ATM-HR', 'IPSL-CM6A-LR', 'IPSL-CM6A-LR-INCA', 'KACE-1-0-G', 'KIOST-ESM', 'LBLRTM-12-8', 'MCM-UA-1-0', 'MIROC-ES2L', 'MIROC6', 'MPI-ESM-1-2-HAM', 'MPI-ESM1-2-HR', 'MPI-ESM1-2-LR', 'MPI-ESM1-2-XR', 'MRI-AGCM3-2-H', 'MRI-AGCM3-2-S', 'MRI-ESM2-0', 'NESM3', 'NICAM16-7S', 'NICAM16-8S', 'NICAM16-9S', 'NorCPM1', 'NorESM1-F', 'NorESM2-LM', 'NorESM2-MM', 'RRTMG-LW-4-91', 'RRTMG-SW-4-02', 'RTE-RRTMGP-181204', 'SAM0-UNICON', 'TaiESM1', 'TaiESM1-TIMCOM', 'UKESM1-0-LL']

四、查看可下载的变量

 1!acccmip6 -o S -m MIROC6 
 2TIPS: Use the check (-c) argument to check your inputs.
 3
 4
 5 Currently available models based on your search: 
 6
 7 ['MIROC6']
 8
 9Currently available variables based on your search: 
10
11 ['mrso', 'hus', 'siv', 'sfcWindmax', 'tnt', 'od550csaer', 'pctisccp', 'od550ss', 'vas', 'evspsbl', 'hursmin', 'va', 'hursmax', 'clivi', 'rlus', 'wetss', 'od550so4', 'rsds', 'prw', 'dryss', 'clw', 'chepsoa', 'mmrbc', 'ta', 'tasmin', 'sos', 'sftlf', 'tsn', 'od550bc', 'rlds', 'emiso2', 'cheaqpso4', 'cltcalipso', 'rld', 'cdnc', 'mmrdust', 'tnta', 'zg', 'wetso4', 'cl', 'loadss', 'rlut', 'wetdust', 'ccb', 'uo', 'tnhus', 'reffclwtop', 'rlutcs', 'mrro', 'clisccp', 'abs550aer', 'hfss', 'od550lt1aer', 'mrsos', 'snm', 'mmrss', 'prc', 'wap', 'orog', 'tntc', 'snc', 'rlu', 'sithick', 'tas', 'tos', 'tasmax', 'rldcs', 'loadbc', 'siconc', 'rsd', 'mrfso', 'dms', 'tnhusscpbl', 'albisccp', 'rsu', 'loadso4', 'emidms', 'wetbc', 'emidust', 'tntscpbl', 'od550oa', 'wo', 'clt', 'sisnthick', 'cli', 'tauv', 'tntrl', 'od440aer', 'rsut', 'mrros', 'cod', 'mrsol', 'tnhusc', 'tsl', 'airmass', 'emibc', 'uas', 'tauu', 'rsus', 'dryso2', 'rsuscs', 'clhcalipso', 'drybc', 'od550dust', 'wetoa', 'so', 'huss', 'ua', 'emiss', 'wa', 'drydust', 'mmraerh2o', 'mmrso4', 'hurs', 'rtmt', 'sfcWind', 'od870aer', 'mmrpm2p5', 'hur', 'hfls', 'snw', 'rsdcs', 'tntrs', 'sitimefrac', 'sbl', 'tntr', 'areacella', 'tnhusmp', 'mmroa', 'mmrpm10', 'chegpso4', 'clwvi', 'ps', 'thetao', 'dryoa', 'cct', 'psl', 'snd', 'vo', 'rsdscs', 'pr', 'siu', 'emioa', 'clmcalipso', 'mc', 'prsn', 'rldscs', 'cllcalipso', 'cltisccp', 'tntmp', 'rsutcs', 'dryso4', 'tnhusa', 'rlucs', 'sispeed', 'loaddust', 'rsdt', 'ts', 'clcalipso', 'wetso2', 'od550aer', 'rsucs']
12
13Currently available experiments based on your search: 
14
15 ['hist-piAer'] 
16
17
18
19Number of files: 4120 
20
21
22
23Available realizations: [1, 2, 3] 
24
25
26
27
28       <===============Exiting now!================>

五、查看可下载的实验

 1!acccmip6 -o S -m MIROC6 -v vas -f mon -r atmos
 2TIPS: Use the check (-c) argument to check your inputs.
 3
 4
 5 Currently available models based on your search: 
 6
 7 ['MIROC6']
 8
 9Currently available variables based on your search: 
10
11 ['vas']
12
13Currently available experiments based on your search: 
14
15 ['amip-4xCO2', 'piClim-aer', 'piClim-anthro', 'ssp370SST', 'pdSST-futArcSIC', 'ssp370-lowNTCF', 'hist-sol', 'ssp460', 'ssp370pdSST', 'faf-heat-NA50pct', 'piClim-BC', 'amip-future4K', 'piControl', 'piClim-histghg', 'hist-aer', 'piClim-2xdust', 'faf-heat-NA0pct', 'hist-stratO3', 'piClim-histall', 'piClim-lu', 'piClim-NTCF', 'amip-hist', 'faf-heat', 'faf-passiveheat', 'histSST', 'dcppA-assim', 'ssp370SST-lowBC', 'ssp245-stratO3', 'ssp245-aer', 'hist-piNTCF', 'ssp126', 'faf-stress', 'piClim-OC', 'ssp370', 'piClim-2xfire', 'piClim-histnat', 'histSST-piAer', 'piClim-histaer', 'historical', 'hist-piAer', 'ssp245-nat', 'abrupt-2xCO2', 'ssp534-over', 'piClim-SO2', 'ssp245', 'piClim-ghg', 'abrupt-4xCO2', 'pdSST-futBKSeasSIC', 'amip-p4K', 'piClim-control', 'faf-water', 'ssp434', 'faf-all', 'ssp245-GHG', 'pdSST-piAntSIC', 'amip', 'pdSST-futAntSIC', 'pdSST-futOkhotskSIC', 'piClim-2xss', '1pctCO2', 'pdSST-pdSIC', 'pdSST-piArcSIC', 'hist-nat', 'piClim-4xCO2', 'hist-CO2', 'abrupt-0p5xCO2', 'amip-piForcing', 'dcppA-hindcast', 'ssp119', 'ssp585', 'hist-volc', 'hist-GHG', 'ssp370SST-lowAer', 'histSST-piNTCF'] 
16
17
18
19Number of files: 1739 
20
21
22
23Available realizations: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99] 
24
25
26
27
28       <===============Exiting now!================>

六、批量下载数据

 1!acccmip6 -o D -e hist-CO2 -v vas -m MIROC6 -dir /home/kesci/CMIP6
 2Finding server . . .
 3
 4
 5vas_Amon_MIROC6_hist-CO2_r1i1p1f1_gn_185001-194912.nc is available!
 6
 7^Cwnloading  0% |░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░| 0/120MB 0.01 MB/s
 8
 9Interrupted! Removing file . . .
10
11
12Finished downloading.
13
14
15Downloaded  0  out of  0  files.

有问题可以到QQ群里进行讨论，我们在那边等大家。

QQ群号：854684131

python

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