ERA5 数据：气候、环境和气象学领域的宝藏

ERA5 是欧洲中心为了更好地了解气候、环境和气象学而开发的一个新数据集。它是一个全球性的、高分辨率（0.25°）的年降水、气温、湿度、风等各种气象指标和气候模型的输入数据集。ERA5 数据的主要特征是覆盖了全球的大气和海洋，其时间跨度为1979年至今。

一、ERA5 数据下载

下载 ERA5 数据的最简单方法是使用ECMWG数据官网，下载地址：https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/home。通常情况下，你需要先注册，才能下载数据。当你有了用户账号之后，就可以批量下载你所需要的ERA5数据文件了。


from ecmwfapi import ECMWFDataServer

server = ECMWFDataServer()

server.retrieve({
    "class": "ea",
    "dataset": "era5",
    "date": "2022-01-01/to/2022-01-02",
    "expver": "1",
    "grid": "0.25/0.25",
    "levtype": "sfc",
    "param": "167.128/168.128/134.128/235.128/31.128/32.128/33.128/34.128",
    "stream": "oper",
    "time": "00:00:00/12:00:00",
    "type": "an",
    "target": "output.nc",
})

对于需要的时间段，可以用”date”字段设置。对于需要的时间，可以用”time”字段设置。对于需要的参数，可以用”param”字段设置。

二、ERA5 数据是什么？

ERA5 基本上被认为是气象、气候和环境数据的唯一信源，主要有以下优势：

1、空间分辨率和时间分辨率高。天气预报和气候模拟需要高分辨率的观测数据，以尽可能准确的复现真实环境。ERA5 数据的空间分辨率为0.25度，时间分辨率为小时级别，是迄今为止最具有前瞻性的气候数据集。

2、多维数据集集成。ERA5 数据是应用于国际评估、数据同化和模型强制数据的最佳选择。它和其他气象数据集有所不同，包含更多的数据维度，例如，U、V、T、Q 等即时数据（气象方面需要U风,V 风,温度,T，水汽,Q）和分钟平均数据集。

3、全球性数据。相信ERA5能够在全球范围内大规模应用，在应急响应、特定区域气候评估和气象监测等方面日益受到关注。

三、ERA5 数据下载选取

1、ERA5 数据在气象方面的应用

气象和气候模拟器都需要气候输入数据。ERA5 数据可以提供气象、气候模式的数据。在以天气为中心的应用中，天气成分包括气压场、风场、温度场等。气象数据可以被广泛应用到一系列应用，如农林、水利、交通运输、油田勘探等。


import xarray as xr

ds = xr.open_dataset("output.nc")
temp = ds.t2m.values - 273.15 # Converting to Celsius from Kelvin
print(temp)

2、气候数据的应用

ERA5 数据以其全面性，和全球时间和空间分辨率的持续性数据记录，成为视觉化、预测和模拟气候变化的一个重要的数据输入源。对于气候数据而言，目前有很多应用，其中包括：流行病/疫情分析、全球变化评估、环境模拟等。然而，常见问题仍然是如何从复杂、多元化和多维的环境数据中提炼出信息。


climatology = ds.t2m.groupby("time.month").mean(dim="time")
for month in range(1, 13):
    print(f"{month}月的平均温度为:{climatology.sel(month=month).values - 273.15:.2f}摄氏度")

3、ERA5 数据在动态复杂网络中的应用

ERA5 数据的优势之一是动态数据能力，它能够促进在时空数据中设定和解决问题的研究，比如说抗灾及应对环境灾害的决策、全球环境安全等。通过使用ERA5数据，与其它数据源相结合，可以对大系统中的复杂性进行研究，以及对动态系统的发展和热浪、洪水、风暴等极端事件的模拟分析。


wind_speed = xr.ufuncs.sqrt(ds.u10**2 + ds.v10**2)
print(wind_speed)

4、ERA5 数据在气候和生态预测模型中的应用

通常，与气候和生态相关预测模型是基于历史和当前数据来建立的，这些模型对当前环境状态（气象、气候、土壤、植被等）的理解很重要。降水和温度数据对于农业和生态学等各个领域有非常重要的意义。ERA5 数据的应用可以使预测模型得到更准确的结果，同时为农业和生态研究提供更充分的数据支持。


precipitation = ds.tp.values * 1000  # Converting from m to mm
print(precipitation)

总结

ERA5 数据是当前最具前瞻性和前景的气候、环境和气象数据集之一，是我们探索和预测气候变化能力的基础。该数据集在气象、土壤、生态、农业、海洋、林业、城市建设、气候变化研究等广泛应用领域发挥着重要和明显的作用。

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