利用PyCINRAD处理、显示天气雷达基数据

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只是简单的安装测试了一下SA/SB/SC格式雷达基数据，不知道什么原因，CD格式的数据读取还存在问题。内容基本参照气象家园上的相关帖子。具体的更多细节可以参照气象家园的帖子，后续我会给出链接。本人不是中尺度研究方向，也是抱着学习的态度来安装测试，也推荐大家业务和科研方面使用PyCINRAD。感谢PyCINRAD的开发者@eeeee@高空急流，花费大量的时间和精力来贡献这款开源库。


注：图片较大显示为压缩后的，点击可下载1下载2原图。

安装

建议git clone https://github.com/CyanideCN/PyCINRAD.git,cd PyCINRAD/, python setup.py install方式来安装，PyCINRAD支持Python3.6+的版本，但是在安装的时候，有时候存在比较慢的情况，可以根据进度来中断，单独来使用pip install packages或conda install packages的方式来安装依赖库，譬如，pyresample和shapefile。

再次，也给出我的PyCINRAD环境，Python环境的导出和导入，一键式安装见我之前写的帖子【一键安装气象常用的Python库(大气科学Python库)】，在此不赘述。除了PyCINRAD的GitHub上提供的安装方法之外，也可以采用我的PyCINRAD.yml文件来解决依赖关系。

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name: PyCINRAD
channels:
  - conda-forge
  - conda-forge/label/cf201901
  - defaults
dependencies:
  - arm_pyart=1.9.2=py36_0
  - asn1crypto=0.24.0=py36_1003
  - bzip2=1.0.6=1
  - ca-certificates=2019.3.9=hecc5488_0
  - cartopy=0.17.0=py36h929c6f0_1004
  - certifi=2019.3.9=py36_0
  - cffi=1.12.3=py36hccf1714_0
  - cftime=1.0.3.4=py36h7eb728f_0
  - chardet=3.0.4=py36_1003
  - configobj=5.0.6=py_0
  - cryptography=2.6.1=py36h212c5bf_0
  - cryptography-vectors=2.3.1=py36_1000
  - curl=7.62.0=ha441bb4_0
  - cython=0.29.7=py36h6de7cb9_0
  - freetype=2.10.0=h24853df_0
  - geos=3.7.1=h0a44026_1000
  - hdf4=4.2.13=h951d187_2
  - hdf5=1.10.4=nompi_h5598ddc_1105
  - icu=58.2=h0a44026_1000
  - idna=2.8=py36_1000
  - jpeg=9c=h1de35cc_1001
  - kiwisolver=1.1.0=py36h770b8ee_0
  - krb5=1.14.6=0
  - libblas=3.8.0=8_openblas
  - libcblas=3.8.0=8_openblas
  - libcurl=7.62.0=h051b688_0
  - libcxx=4.0.1=hcfea43d_1
  - libcxxabi=4.0.1=hcfea43d_1
  - libedit=3.1.20181209=hb402a30_0
  - libffi=3.2.1=h475c297_4
  - libgfortran=3.0.1=0
  - libiconv=1.15=h01d97ff_1005
  - liblapack=3.8.0=8_openblas
  - libnetcdf=4.6.2=h2c3f975_1
  - libpng=1.6.37=h2573ce8_0
  - libssh2=1.8.2=hcdc9a53_2
  - libtiff=4.0.10=h79f4b77_1001
  - libxml2=2.9.9=hd80cff7_0
  - libxslt=1.1.32=h33a18ac_1002
  - lxml=4.3.3=py36h08abf6f_0
  - matplotlib-base=3.0.2=py36hb2d221d_1
  - ncurses=6.1=h0a44026_1
  - netcdf4=1.4.2=py36h13743db_0
  - olefile=0.46=py_0
  - openblas=0.3.6=hd44dcd8_1
  - openssl=1.1.1b=h01d97ff_2
  - owslib=0.17.1=py_0
  - pillow=5.3.0=py36hbddbef0_1000
  - pip=19.1.1=py36_0
  - proj4=5.2.0=h1de35cc_1001
  - pycparser=2.19=py36_1
  - pyepsg=0.4.0=py_0
  - pykdtree=1.3.1=py36h917ab60_1002
  - pyopenssl=19.0.0=py36_0
  - pyparsing=2.4.0=py_0
  - pyproj=1.9.6=py36h9c430a6_1000
  - pyresample=1.12.2=py36h051e8ed_0
  - pysocks=1.7.0=py36_0
  - python=3.6.8=haf84260_0
  - python-dateutil=2.8.0=py_0
  - pytz=2019.1=py_0
  - pyyaml=5.1=py36h1de35cc_0
  - readline=7.0=h1de35cc_5
  - requests=2.21.0=py36_1000
  - scipy=1.2.1=py36hbd7caa9_1
  - setuptools=41.0.1=py36_0
  - shapely=1.6.4=py36h4b8df73_1004
  - six=1.12.0=py36_1000
  - sqlite=3.28.0=ha441bb4_0
  - tk=8.6.8=ha441bb4_0
  - tornado=6.0.2=py36h01d97ff_0
  - trmm_rsl=1.49=3
  - urllib3=1.24.2=py36_0
  - wheel=0.33.2=py36_0
  - xz=5.2.4=h1de35cc_4
  - yaml=0.1.7=h1de35cc_1001
  - zlib=1.2.11=h1de35cc_3
  - pip:
    - cinrad==1.3.3
    - cycler==0.10.0
    - decorator==4.4.0
    - dill==0.2.9
    - inspyred==1.0.1
    - ipython-genutils==0.2.0
    - matplotlib==3.1.0rc2
    - metpy==0.10.0
    - numpy==1.14.5
    - packaging==19.0
    - pandas==0.24.2
    - pint==0.9
    - pooch==0.2.1
    - pykriging==0.2.0
    - pyqt5==5.12.2
    - pyqt5-sip==4.19.17
    - pyshp==2.1.0
    - traitlets==4.3.2
    - xarray==0.12.1
    - xlrd==1.2.0
prefix: /Users/zhpfu/anaconda3/envs/PyCINRAD

数据、脚本

链接:https://pan.baidu.com/s/1riGd4WBZbXCgggkqct_Eyw 密码:k15x

Z_RADR_I_Z9250_20160701001000_O_DOR_SA_CAP.bin
Z9250_20160701001005_0.6_230_REF_31.2N117.0E_32.4N120.0E.png
Z9250_20160701001005_0.6_230_REF.png

脚本：源于气象家园，版权属于@小其其格、@eeeee

  • PPI.py
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# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sun Jan 13 21:51:35 2019

@author: Fulang WU
"""

"""定义一个函数，用于读取目标文件夹下的多个雷达基数据"""
#读取指定文件夹中的指定文件类型的文件名
import os

def get_filename(path,fileType):
    file_name =[]
    final_name = []
    for files in os.listdir(path):  #root为目录路径 #dirs为路径下的子目录 #files为路径下的所有非子目录
        if fileType in files:
           file_name.append(files.replace(fileType,''))#生成不带‘.bin’后缀的文件名组成的列表
           final_name = [path +item +fileType for item in file_name]#生成‘.bin’后缀的文件名组成的绝对路径列表
    return final_name #输出列表
"""-----------------------------------------------------------------------------------------------------------"""


"""读取目标文件夹下的多个雷达基数据"""
Dir = "/Users/zhpfu/Dropbox/Code_Fortress/00_My_Python_Library/Radar_data_process/Method_2/data/" #目标文件夹
fileType = '.bin' #雷达基数据后缀名
sa_radar_file = get_filename(Dir,fileType)
print(sa_radar_file)
"""----------------------------------------------------------------------"""


"""---------------------------绘制雷达图像-------------------------------"""
import cinrad
from cinrad.io import CinradReader, StandardData
from cinrad.visualize import PPI
import matplotlib.ticker as mticker
from cartopy.mpl.gridliner import LONGITUDE_FORMATTER, LATITUDE_FORMATTER


ele = 0 #第1个仰角
radius = 230 #绘制图像的范围大小

for nFiles in range(len(sa_radar_file)):
    
    f = CinradReader(sa_radar_file[nFiles]) #老版本数据
    r = f.get_data(ele,radius,'REF') #0代表第1个仰角
    fig = cinrad.visualize.PPI(r) #绘制PPI图像
    
    fig.plot_range_rings(radius, color='white', linewidth=1.0) #绘制圆圈
    for i in range(0,radius-30,50):
        fig.plot_range_rings(i, color='white', linewidth=1.0) #绘制圆圈
        
    """
    设置经纬度
    """    
    liner = fig.geoax.gridlines(draw_labels=True,linewidth=2, color='gray', alpha=0.5, linestyle='--')
    liner.xlabels_top = False
    liner.ylabels_right = False
    liner.xformatter = LONGITUDE_FORMATTER
    liner.yformatter = LATITUDE_FORMATTER
    liner.xlabel_style = {'size': 18, 'color': 'white'}
    #liner.xlabel_style = {'color': 'red', 'weight': 'bold'}
    liner.ylabel_style = {'size': 18, 'color': 'white'}
    
    #保存图像
    fig(Dir)
    # /Users/zhpfu/anaconda3/envs/PyCINRAD/lib/python3.6/site-packages/cinrad-1.3.3-py3.6.egg/cinrad/visualize
  • PPI.VCS.py
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# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sun Jan 13 21:51:35 2019

@author: Fulang WU
"""

"""定义一个函数，用于读取目标文件夹下的多个雷达基数据"""
#读取指定文件夹中的指定文件类型的文件名
import os
def get_filename(path,fileType):
    file_name =[]
    final_name = []
    for files in os.listdir(path):  #root为目录路径 #dirs为路径下的子目录 #files为路径下的所有非子目录
        if fileType in files:
           file_name.append(files.replace(fileType,''))#生成不带‘.bin’后缀的文件名组成的列表
           final_name = [path +item +fileType for item in file_name]#生成‘.bin’后缀的文件名组成的绝对路径列表
    return final_name #输出列表
"""-----------------------------------------------------------------------------------------------------------"""



"""读取目标文件夹下的多个雷达基数据"""
Dir = "/Users/zhpfu/Dropbox/Code_Fortress/00_My_Python_Library/Radar_data_process/Method_2/data/" #目标文件夹
fileType = '.bin' #雷达基数据后缀名
#sa_radar_file = Dir+"Z_RADR_I_Z9571_20180304115800_O_DOR_SA_CAP.bin"
sa_radar_file = get_filename(Dir,fileType) #读取
print(sa_radar_file)
"""----------------------------------------------------------------------"""

"""---------------------------绘制雷达图像-------------------------------"""
import cinrad
from cinrad.io import CinradReader, StandardData
from cinrad.visualize import PPI
import matplotlib.ticker as mticker
from cartopy.mpl.gridliner import LONGITUDE_FORMATTER, LATITUDE_FORMATTER


ele = 0 #第1个仰角
radius = 230 #绘制图像的范围大小

for nFiles in range(len(sa_radar_file)):
    
    f = CinradReader(sa_radar_file[nFiles]) #老版本数据
    rl = [f.get_data(i, 230, 'REF') for i in f.angleindex_r]
    vcs = cinrad.easycalc.VCS(rl)
    sec = vcs.get_section(start_cart=(117.0, 31.2), end_cart=(120., 32.4)) # 传入经纬度坐标
    fig = cinrad.visualize.PPI(rl[ele])  #0代表第1个仰角
    
    fig.plot_range_rings(radius, color='white', linewidth=1.0) #绘制圆圈
    for i in range(0,radius-30,50):
        fig.plot_range_rings(i, color='white', linewidth=1.0) #绘制圆圈
        
    fig.plot_cross_section(sec)  #绘制垂直剖面
    
    """
    设置经纬度
    """    
    liner = fig.geoax.gridlines(draw_labels=True,linewidth=2, color='gray', alpha=0.5, linestyle='--')
    liner.xlabels_top = False
    liner.ylabels_right = False
    liner.xformatter = LONGITUDE_FORMATTER
    liner.yformatter = LATITUDE_FORMATTER
    liner.xlabel_style = {'size': 18, 'color': 'white'}
    #liner.xlabel_style = {'color': 'red', 'weight': 'bold'}
    liner.ylabel_style = {'size': 18, 'color': 'white'}
    
    #保存图像
    fig(Dir)

绘图

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(PyCINRAD) ➜  Method_2 python PPI.py
['/Users/zhpfu/Dropbox/Code_Fortress/00_My_Python_Library/Radar_data_process/Method_2/data/Z_RADR_I_Z9250_20160701001000_O_DOR_SA_CAP.bin']
(366, 230)
(366, 230)


(PyCINRAD) ➜  Method_2 PYTHON PPI.VCS.py
['/Users/zhpfu/Dropbox/Code_Fortress/00_My_Python_Library/Radar_data_process/Method_2/data/Z_RADR_I_Z9250_20160701001000_O_DOR_SA_CAP.bin']
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/Users/zhpfu/anaconda3/envs/PyCINRAD/lib/python3.6/site-packages/cinrad-1.3.3-py3.6-macosx-10.7-x86_64.egg/cinrad/io/io.py:310: UserWarning: Requested data range exceed max range in this tilt
  warnings.warn('Requested data range exceed max range in this tilt')
(372, 230)
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(363, 230)
(363, 230)
(360, 230)
(360, 230)

GUI可视化界面

运行方式：
进到PyCINRAD包的ui文件夹📂：
python main_ui.pyw

打开后，一顿点点点，选择雷达基数据，需要注意的是必须文件名类似于“Z_RADR_I_Z9250_20160701001000_O_DOR_SA_CAP.bin”，不然无法读取。
可视化界面不是很稳定，比较简单的功能！

最后

PyCINRAD其实提供了很丰富的接口，除了可视化之外，对于数据的提取、网格化、分辨率调整都比较灵活，能够支持主要的天气雷达。功能完备！值得深入研究，无论是业务还是科研，都是良好的利器！

问题报错回顾

Mac上不设置是不支持中文输出，有几个关键点需要注意下：
1.在visualize文件下utils.py添加

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[code=python]import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei'] # 用来正常显示中文标签
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False # 用来正常显示负号
plt.rcParams['font.family']=['SimHei'][/code]

2.StationNames.xlsx文件确保是包含中文站点名称的（附件名称修改为StationNames.xlsx）；并且放到data目录下；
PPI的RAD站点名就可以正常显示了。

3.针对提示：

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/Users/zhpfu/anaconda3/envs/PyCINRAD/lib/python3.6/importlib/_bootstrap.py:219: RuntimeWarning: numpy.dtype size changed, may indicate binary incompatibility. Expected 96, got 88
  return f(*args, **kwds)
Cython is not installed, velocity dealias function cannot be used

解决办法：
pip uninstall cinrad
再从GitHub上git clone最新的文件，进到文件夹内：
python setup.py install
即可。

4.针对警告：

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/Users/zhpfu/anaconda3/envs/PyCINRAD/lib/python3.6/importlib/_bootstrap.py:219: RuntimeWarning: numpy.dtype size changed, may indicate binary incompatibility. Expected 96, got 88
  return f(*args, **kwds)

解决办法很简单，使用更低版本numpy即可：
(PyCINRAD) ➜  pip install numpy==1.14.5
Looking in indexes: https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
Collecting numpy==1.14.5
  Downloading https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/packages/f6/cd/b2c50b5190b66c711c23ef23c41d450297eb5a54d2033f8dcb3b8b13ac85/numpy-1.14.5-cp36-cp36m-macosx_10_6_intel.macosx_10_9_intel.macosx_10_9_x86_64.macosx_10_10_intel.macosx_10_10_x86_64.whl (4.7MB)
     |████████████████████████████████| 4.7MB 714kB/s
Installing collected packages: numpy
  Found existing installation: numpy 1.15.0
    Uninstalling numpy-1.15.0:
      Successfully uninstalled numpy-1.15.0
Successfully installed numpy-1.14.5

以上是一些问题解决办法！仅供参考！

问题：PyCINRAD目前还不支持CD的PPI绘制？报错如下；

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Traceback (most recent call last):
  File "PPI_CD.py", line 36, in <module>
    r = f.get_data(5, 100, 'REF')
  File "/Users/zhpfu/anaconda3/envs/PyCINRAD/lib/python3.6/site-packages/cinrad-1.3.3-py3.6.egg/cinrad/io/io.py", line 360, in get_data
    x, y, z, d, a = self.projection(reso)
  File "/Users/zhpfu/anaconda3/envs/PyCINRAD/lib/python3.6/site-packages/cinrad-1.3.3-py3.6.egg/cinrad/io/io.py", line 371, in projection
    lonx, latx = get_coordinate(r, theta, self.elev, self.stationlon, self.stationlat, h_offset=h_offset)
  File "/Users/zhpfu/anaconda3/envs/PyCINRAD/lib/python3.6/site-packages/cinrad-1.3.3-py3.6.egg/cinrad/projection.py", line 62, in get_coordinate
    deltav = np.cos(azimuth) * distance * np.cos(elev * deg2rad)
AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'cos'

参考

1.网址1
2.网址2
3.网址3
4.网址4

有任何问题都欢迎交流探讨，共同学习进步！


-------------本文结束 感谢阅读-------------
作者：Gavin
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