XX大学 实验（实习）报告 实验（实习）名称基于NCAR/NCEP再分析资料的降水和气温的气候特征分析日期2016得分指导教师系大气科学专业大气科学 班次姓名 一、 实习目的 （1） 了解NCEP/NCAR再分析数据记得数据结构。

（2） 通过NCEP/NCAR再分析数据集，掌握FORTRAN有格式输入输出语句（Read、Print、Write）的读写四维数据的方法。

（3） 掌握FORTRAN多维数组的定义和使用方法。

（4） 掌握隐式do循环的使用方法。

（5） 巩固FORTRAN顺序结构概念和顺序结构程序设计方法。

（6） 掌握GrADS对“*.nc”文件的读取方法。

（7） 掌握GrADS中fwrite写出二进制数据的方法。

（8） 掌握GrADS中While循环的使用方法。

（9） 掌握GrADS中变量的定义和使用方法。

（10） 掌握四维“*.grd”数据格式建立数据描述文件（*.ctl）的方法。

（11） 巩固GrADS的基本操作命令的使用方法。

（12） 掌握GrADS对contour和shaded图形类型的设置方法以及两种绘图类型的图形要素设置方法。

（13） 掌握GrADS中基础绘图命令的设置方法。

（14） 掌握GrADS中printim生成文件（*.gmf、*gif、*.png）的方法。

二、 实习内容 问题描述 利用1948-2010年NCAR/NCEP月平均气温和降水再分析资料（nc格式文件），分析1月气温和降水气候特征。要求利用Fortran提取1948-2010年1月数据并进行计算，以“*.grd”格式保存1948-2010年1月气温、降水气候场数据，用GrADS生成1948-2010年1月气温、降水气候二维等值线和二维填色图两种格式叠加的图像，书写标题，并在高温、低温中心标记“H”和“L”。保存并分析之。

问题分析 已知：1948-2010年NCAR/NCEP月降水和气温再分析资料。

绘制：1948-2010年1月气温、降水气候图。

通过分析，首先用Grads将从NCAR/NCEP月气温和降水再分析资料（nc格式文件）中提取气温和降水1月逐年数据，并保存为为grd格式文件，再用Fortran程序利用grd格式资料按照公式求得气温和降水的气候值，用 GrADS绘制二者的气候图，分析1948-2010年1月蒙古高压气候特征。

三、 实习步骤 ① 分析问题，理清算法和程序，设计和编写程序。

② 书写“air1948-2010-1.gs”和“pre1948-2010-1.gs”从NCAR/NCEP再分析资料（nc格式），利用fwrite提取1月逐年数据，生成气温、降水1月的二进制数据“air1.grd”、“pre1.grd”，编写1月气温、降水资料“air1.grd”、“pre11.grd”的数据描述文件“air1.ctl”、“pre1.ctl”。

③ 启动软件开发环境Microsoft Developer Studio。

④ 在D盘上创建新工作区shixi05。

⑤ 在工作区shixi2内创建新项目shixi05。

⑥ 在项目shixi21内创建源程序文件“shixi05.f90”，编辑输入源程序文本，打开1948-2010年1月气温、降水资料“air1.grd”、“pre1.grd”，根据求均值公式求得1948-2010年1月气温、降水气候场值。

⑦ 编译、构建、运行、调试Fortran程序，生成1948-2010年1月气温、降水气候场数据“tc1.grd”、“pc1.grd”。

⑧ 打开记事本，编写“tc1.grd”和“pc1.grd”的数据描述文件“tc1.ctl”和“pc1.ctl”。

⑨ 利用GrADS的基本绘图命令和contour、shaded要素设置方法以及基本绘图命令，利用printim和enable print两种输出图像方法及输出图像格式设置，编写“tc1.gs”和“pc1.gs”。

⑩ 启动GrADS，运行、调试“tc1.gs”和“pc1.gs”，保存气温、降水气候图“tc1.gmf”、“pc1. gmf”或者“tc1.gif”、“pc1. gif”。

⑪ 分析1948-2010年1月气温、降水的气候特征。

程序设计：
提取NCAR/NCEP再分析资料中1月气温、降水二进制数据 （1）air1948-2010-1.gs ＇reinit＇ ＇sdfopen E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼air.mon.mean.nc＇ ＇set gxoutfwrite＇ ＇set fwrite E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼air1.grd＇ ＇set x 1 144＇ ＇set y 1 73＇ i=1 while(i<=756) ＇set t ＇i＇＇ ＇d air＇ i=i+12 endwhile ＇disable fwrite＇ ;（2）pre1948-2010-1.gs ＇reinit＇ ＇sdfopen E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼pr_wtr.eatm.mon.mean.nc＇ ＇set gxoutfwrite＇ ＇set fwrite E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼pre1.grd＇ ＇set x 1 144＇ ＇set y 1 73＇ i=1 while(i<=756) ＇set t ＇i＇＇ ＇d pr_wtr＇ i=i+12 endwhile ＇disable fwrite＇ ; 编写“air1.grd”、“pre1.grd”数据描述文件“air1.ctl”和“pre1.ctl” （1）air1.ctl dset E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼air1.grd title air temperature of NCEP Reanalysi s in Jan undef -9.96921e+36 xdef 144 linear 0 2.5 ydef 73 linear -90 2.5 zdef 1 linear 0 1 tdef 63 linear 00Z01JAN1948 1yr vars 1 air 0 t,y,x Winter Air Temperature endvars （2）pre1.ctl dset E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼pre1.grd title precipitable water of NCEP Reanalysi s in Jan undef -9.96921e+36 xdef 144 linear 0 2.5 ydef 73 linear -90 2.5 zdef 1 linear 0 1 tdef 63 linear 00Z01JAN1948 1yr vars 1 pr_wtr 0 t,y,x precipitable water in Jan endvars 计算1948-2010年1月气温、降水气候值 FORTRAN程序如下：
program ex05 parameter(it=144,jt=73,lt=63) dimension air(1:it,jt,lt),pre(1:it,jt,lt),tc1(1:it,jt),pc1(1:it,jt) open(1,file=＇E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼air1.grd＇,form=＇binary＇) do l=1,lt read(1)((air(i,j,l),i=1,it),j=1,jt) enddo close(1) open(2,file=＇E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼pre1.grd＇,form=＇binary＇) do l=1,lt read(2)((pre(i,j,l),i=1,it),j=1,jt) enddo close(2) do j=1,jt do i=1,it tc1(i,j)=0 pc1(i,j)=0 enddo enddo !求每个格点1月气温、降水气候值 do j=1,jt do i=1,it do l=1,lt tc1(i,j)=tc1(i,j)+air(i,j,l)/63 pc1(i,j)=pc1(i,j)+pre(i,j,l)/63 enddo enddo enddo open(3,file=＇E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼tc1.grd＇,form=＇binary＇) write(3)((tc1(i,j),i=1,it),j=1,jt) close(3) open(4,file=＇E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼pc1.grd＇,form=＇binary＇) write(4)((pc1(i,j),i=1,it),j=1,jt) close(4) End 编写“tc1.grd”、“pc1.grd”数据描述文件“tc1.ctl”、“pc1.ctl” （1） tc1.ctl dset E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼tc1.grd title air temperature NCEP Reanalysis in Jan undef -9.96921e+36 xdef 144 linear 0 2.5 ydef 73 linear -90 2.5 zdef 1 linear 0 1 tdef 63 linear 00Z01JAN1948 1yr vars 1 air 0 t,y,x Air Temperature endvars （2） pc1.ctl dset E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼pc1.grd title winter precipitable water NCEP Reanalysis undef -9.96921e+36 xdef 144 linear 0 2.5 ydef 73 linear -90 2.5 zdef 1 linear 0 1 tdef 1 linear 00Z01JAN1948 1yr vars 1 pr_wtr 0 t,y,x Winter precipitable water endvars 绘制1948-2010年1月气温、降水气候图 （1） tc1.gs ＇reinit＇ ＇open E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼tc1.ctl＇ ＇set grads off＇ ＇set x 1 144 ＇ ＇set y 1 73 ＇ ＇set t 1＇ ＇set gxout shaded＇ ＇d air＇ ＇set gxout contour＇ ＇set csmooth on＇ ＇draw title The temperature in Jan from 1948 to 2010＇ ＇set clab on＇ ＇d air＇ ＇set string 3 c 1.2＇ ＇draw string 4 3.5 H＇ ＇draw string 9.82 4.22 H＇ ＇set string 11 c 1.2＇ ＇draw string 2.87 5.33 L＇ ＇draw string 4.10 6.50 L＇ ＇draw string 8.64 3.58 L＇ ＇draw string 2.55 1.46 L ＇ ＇printim E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼tc1.png＇ ; （2） pc1.gs ＇reinit＇ ＇enable print E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼pc1.gmf＇ ＇open E:＼daqi＼GrADS＼gradsSHIXI＼shixi5＼pc1.ctl＇ ＇set grads off＇ ＇set lon 0 360＇ ＇set lat -90 90＇ ＇set t 1＇ ＇set gxout shaded＇ ＇d pr_wtr＇ ＇set gxout contour＇ ＇set csmooth on＇ ＇draw title Theprecipatation in JAN from 1948 to 2010＇ ＇d pr_wtr＇ ＇print＇ ＇disable print＇ ; 四、 实习结果 1948-2010年1月气温气候图 从这1948-2010这61年的1月平均气温气候图可以看出，全球气温从赤道向两极递减，且海表气温普遍高于陆地。赤道东、西太平洋气温比大洋中心略低，且在秘鲁沿岸和菲律宾附件海域形成了小的冷中心。南极地区有明显的冷中心。

从全球范围整体来看，南半球陆地较少，气温带分布较均匀，中纬度地区基本呈带状分布。北半球由于海陆比热性质差异导致大陆温度明显低于海洋，使等温线不均匀分布。

1948-2010年1月降水气候图 从1948-2010这61年1月降水气候图中可以发现，全球降水集中在中低纬地区，极地地区降水很少。降水量最大的地方在赤道西太平洋、赤道南印度洋以及墨西哥东部沿海地区。

从降水分布来看，海洋上降水量大于陆地，且内陆降水量明显小于沿海地区，在南半球中纬度大洋地区，由于不受陆地影响，等降水量线几乎与纬线平行。

五、 实习小结 通过本次实习，我了解NCEP/NCAR再分析数据记得数据结构。并通过NCEP/NCAR再分析数据集，掌握FORTRAN有格式输入输出语句（Read、Print、Write）的读写四维数据的方法。同时掌握了GrADS对“*.nc”文件的读取方法，和fwrite写出二进制数据的方法。而且练习了分析图形的能力。