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GraphCast项目中使用ERA5数据运行天气预报的注意事项

2025-06-04 09:02:36作者:蔡丛锟

背景介绍

GraphCast是Google Research开发的一款基于机器学习的天气预报模型,它依赖于ERA5再分析数据作为输入。ERA5是欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的第五代大气再分析数据集,包含全球气候和天气变量的历史记录。

数据准备要点

在GraphCast项目中运行天气预报时,需要特别注意ERA5数据的完整性和格式要求。以下是关键注意事项:

  1. 数据源选择:必须同时下载两个ERA5数据集:

    • 单层数据(ERA5 hourly data on single levels)
    • 气压层数据(ERA5 hourly data on pressure levels)
  2. 变量完整性:某些关键变量如2米温度(2m_temperature)只存在于单层数据集中,而气压层数据集中不包含这些地表变量。这就是为什么单独下载气压层数据会缺少部分必要变量。

  3. 时间覆盖:虽然ERA5数据从1940年持续至今,但对于GraphCast的预测任务,通常只需要准备预测起始点前后足够长的数据即可。

数据处理建议

  1. 数据合并:将下载的单层数据和气压层数据合并,确保包含所有必要的预报变量。

  2. 格式转换:原始ERA5数据需要转换为zarr格式,这是GraphCast模型预期的输入格式。

  3. 时间对齐:确保所有变量的时间戳一致,特别是当数据来自不同下载批次时。

实际应用示例

假设要运行从2024年12月7日开始的15天预报,应该:

  1. 下载12月7日及之前数天的单层数据和气压层数据
  2. 合并这两组数据,确保包含所有GraphCast模型需要的变量
  3. 转换为zarr格式
  4. 提供给GraphCast模型进行预报

常见问题解决

如果发现某些变量缺失,首先检查是否同时下载了单层和气压层数据。许多地表变量如温度、湿度、风速等都存在于单层数据中,而高空变量则位于气压层数据中。

通过正确准备ERA5数据,可以确保GraphCast模型能够充分利用所有必要的天气变量,生成准确的天气预报结果。

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