NCEP 現業NWP (FNL, GFS, GDAS1) memo (hysk)

NCEP 現業数値天気予報(Numerical Weather Prediction) メモ

NCEP FNL や NCEP GFS と呼ばれる現業数値天気予報データに関する私的メモ．

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概要

  NCEP Global Tropospheric final (FNL) analyses

• US NCEP/NOAA による数値予報システムを使った，「最終」解析データ
• 気圧面データが入手可能
  • 水平格子間隔 = 1.0 x 1.0 (lat/lon); 0.25 x 0.25 (lat/lon, available after 00Z 08Jul2015)
  • 鉛直26, 31, 34層．26層: 2016-05-11 06UTCマデ，31層: 2019-06-12 06UTCマデ，34層: 2019-06-12 12UTC以後．900hPaより下層は25hPa間隔．900 - 100hPa は 50hPa間隔，それより上層は時代により変わってる
  • (2019-06-12 12UTC以後) 1000, 975, 950, 925, 900 (ip=5), 850, 800, 750, 700, 650 (ip=10), 600, 550, 500, 450, 400 (ip=15), 350, 300, 250, 200, 150 (ip=20), 100, 70, 50, 40, 30 (ip=25), 20, 15, 10, 7, 5 (ip=30), 3, 2, 1, 0.4hPa (全34層)
    • 2019年6月12日12UTC以後，鉛直層数や対流圏O3，雲水量(ice cloud, rain water, ...)などが追加．1時刻あたりの要素数が353個から520個に増加．
    • WRF等でのモデル入力データに使う際には要注意．鉛直層数が違うと，num_metgrid_level の不一致により処理が停止する．
  • 1000, 975, 950, 925, 900 (ip=5), 850, 800, 750, 700, 650 (ip=10), 600, 550, 500, 450, 400 (ip=15), 350, 300, 250, 200, 150 (ip=20), 100, 70, 50, 30, 20 (ip=25), 10, [これより上層は2016年5月11日12UTC以降] 7, 5, 3, 2 (ip=30), 1
    • 2016年5月11日12UTC以後，10-hPa 面より上層の5層が追加． 7, 5, 3, 2 (ip=30), 1-hPa; check 2018-05-29
    • 追加された要素は6種(u, v, z, T, RH, O3)，1-file あたりの要素数が 322個から352個まで増加．
    • さらに 2017-07-19 12UTC 以後は land sea coverage (LANDN) も追加，確認時点(2018-05-29)では 1-file あたり353個．
    • 変数ごとの利用可能期間は，配布サイト内の Documentaion 以下にてリストをみる事ができる
• NCAR Data Support Section (DSS) の ds083.2 より， 6時間間隔の解析値が wget 取得可能 (ユーザ登録 & パスワード認証必要)
• Jul1999 から提供されているが，1999年は欠落多数．連続データが利用可能なのは， 12UTC 09Dec1999 以後．Dec1999 は，4ファイルが欠落(18UTC 07Dec, 06 & 18UTC 08Dec, 06UTC 09Dec)．
• 12Z 06 Dec 2007 以後は GRIB-2 形式での配布． ds083.2 に存在する GRIB-1 形式ファイルは，GRIB-2 ファイルを NCAR DSS が GRIB-1 に変換したもの(ファイル名末尾に "_c" が付加)． 現在は GRIB-2 形式のみが更新されている(06Z 06Dec2007 までのGRIB-1は利用可能; checked 2015-11-05)
• 00Z 08 Jul 2015 以後，0.25 x 0.25 degree 版 (ds083.3)の配信開始．
• 2015-01-14 06UTC 以後オゾン(O3; 変数略称O3MR ozone mixing ratio, unit = kg/kg) 等が追加． O3MR は 400-hPa から 10-hPa まで (2016-05-11 06UTC 以前) or 1-hPa まで (2016-05-11 12UTC以後)． また，2017-07-19 12UTC からは land sea coverage (変数略称LANDN)も追加． 解析対象期間によって変数の種類や鉛直レベル数が変わるので，使用者は要注意． check 2018-05-29 See also DSS 083.2 documentation
• 2019-06-12 12UTC 以後，全体の鉛直層数増加(追加: 40, 15, 0.4-hPa)，オゾン(変数名: O3MR)の提供レベル数増加(対流圏O3も．1000, 850, 700, 500-hPa) ． 解析対象期間によって変数の種類や鉛直レベル数が変わるので，使用者は要注意．

 NCEP GDAS1

• 元データは 上記 NCEP FNL と同一， NCEP Global Data Assimilation System (GDAS) がアーカイブ
• 大気汚染関連の研究では有名な流跡線解析ツール NOAA HYSPLIT のサイトで利用されている
• 6時間間隔の解析値に3時間予報値を加え，3時間間隔の全球データを保存
• 気圧面データのうち，一部の上層データ(70, 30, 10hPa) が削除されている(全23層; 上端が20hPa面)
  • HYSPLIT のサイトでは汚染気塊の起源・輸送先の解析・予測にとり 必要と思われるデータを残したものと推測される (成層圏の等圧面データが一部削除されているのは，大気汚染の解析にはあまり重要でないからであろう)
  • データの詳細は GDAS archive information 参照

• Web 上で「ボタンぽちぽち」するような形式のインタフェースは無いが，anonymous ftp 取得可能
  • ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/gdas1/

• 保存形式は独自フォーマット．かつ月別に week 単位で1ファイルにまとめられている． 「各月の週ごとに1ファイル」なんて，あまり馴染みの無い形式なんだが... まぁ，提供する側の都合だから仕方ないだろう
• 独自形式とはいえ，比較的素直なフォーマット (フォーマット情報は GDAS archive information 参照) であり， かつ サンプル読み出しプログラム (Fortran のみ) も提供されているので，独力でも decode 可能
  • 上記サンプルを元に早崎が修正した Fortran & shell-script を公開(予定．まぁ，そのうちに...)
• 00UTC 01 Dec. 2004 以後が保存されているが，2005年は5月(w1, w2)及び11月(w3, w4)で それぞれ2週間分のデータ欠落あり．時間的に連続な解析が可能なのは，事実上2005年12月以後． 欠落期間の詳細は， GDAS archive missing data listing を参照

 NCEP GFS

• NCEPが出してる全球数値予報(384-hr fcst; 16-day fcst)．FNL とデータ同化システム・モデルは同一．
  • NCEP全球アンサンブル予報は， NCEP GEFSおよび GFS Ensemble Forecast Systemを参照． 現在は 20-member (T254L42 (0-8 days) & T190L42 (8-16 days) による16日予報; checked 2015-11-05)．
• Lat/lon = 0.25 x 0.25 degree, global (lat/lon: 721 x 1440 grids)
  • 解像度を落としたバージョンも配布(下記の配布元1のみ)．0.5度, 1.0度, 2.5度間隔も利用可能．ユーザの用途に応じて選択可能のようだ
• GRIB-2形式．384時間(16日)先まで予報．0-240 hour: 3-hourly, 240-384 hour: 12-hourly
• 鉛直レベル(p面, 26-level): 1000, 975, 950, 925, 900 (ip=5), 850, 800, 750, 700, 650 (ip=10), 600, 550, 500, 450, 400 (ip=15), 350, 300, 250, 200, 150 (ip=20), 100, 70, 50, 30, 20 (ip=25), 10-hPa
• オゾン混合比は下限が 400-hPa, 鉛直p速度 & 雲水量(cloud water mixing ratio)は上限 100-hPa,
• 配布元1: GFS products (NCEP Products Inventory)
  • Archived period: 直近2週間 (chcked 2015-11-05)
  • FTP server (NCEP)
    • (FTP address)/gfs.${YYYYMMDDhh}/gfs.t${hh}z.${prod}.${grid}.f${FFF}
      • prod=pgrb2 (190-220MB), pgrb2b (170-173MB),
      • grid=0p25, 0p50, 1p00, 2p50
    • (FTP address)/gfs.${YYYYMMDDhh}/gfs.t${hh}z.${prod}${fcst}.grib2
      • prod=sfluxgrb (160-170MB),
      • fcst=00, 03, ..., 09, 12, ..., 96, 99, 102, ..., 372, 384 (桁の長さは 2 or 3桁)
      • 名前から推測すると，表面フラックス関連か．未確認．
    • 他にもたくさんあるが，多すぎるので記述を諦めた．情報を総括しているドキュメントを探すべき(checked 2015-11-05)
• 配布元2: NCEP GFS 0.25 Degree Global Forecast Grids Historical Archive (ds084.1)
  • Archived period: 00Z 15Jan2015 - current
  • filename: gfs.0p25.${YYYYMMDDhh}.f${FFF}.grib2 (200 - 220 MB/file)
    • YYYYMMDDhh: Initialized date/time. 6-hourly interval
    • FFF: forecast time. 000, 003, 006, ..., 237, 240 (000 - 240 hr fcst; 81 files) & 252, 264, ..., 372, 384 (252 - 384 hr fcst; 12 files)
  • GRIB-2形式．384時間先まで予報．0-240 hour: 3-hourly, 240-384 hour: 12-hourly
  • 必要要素だけを選択したダウンロードも可能． ファイル容量が莫大になる(例: 1日分の全予報データの合計: 約80GB; 10ヵ月で約24TB)ので，急いでる or ディスク容量に制限ある場合に有効． そもそも，大きすぎて全ファイルのダウンロードが間に合わないのでは?
  • NetCDF形式へのフォーマット変換も出来る．
  • 配信は少し(約4日)遅れる．確認時点での最新予報値は，18Z01Nov2015 初期値 (14JST 05Nov2015時点)． リアルタイムで最新予報値が必要なら，配布元1 (GFS products (NCEP Products Inventory)) を使う． 少なくとも初期値からの遅延が 12-hr 以内(チェック時の最新 18Z04Nov2015)の予報値が利用可能．
  • データに関するドキュメント: Documentation (ds084.1)
• 配布元3: NCEP GFS 0.25 Degree Global Forecast Grids Historical Archive (ds084.3)
  • 補助的な(auxiliary)データ．変数が限定(T, CLW, CLI, z, RH (or spec. hum.?), p, ice depth/thickness, soil moisture/water content, u, v, など)．
  • 詳細は未確認．ds084.1 と何が違うのか?

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