气象格点、垂直层与变量

先修：气压、天气图、数值预报。本节连接气象学与软件工程。

数组形状还不够

格点资料（gridded data）常有时间、垂直层、纬度和经度等维度。[24,37,181,360]只说明数量，不能说明第二维是气压、几何高度还是模式层编号，也不能说明纬度从南往北还是相反。

坐标（coordinate）和元数据（metadata）共同定义数组。节点值、格箱平均值、交错网格上的风分量并不完全相同；经度可能用0–360°或−180–180°。重采样前需明确周期接缝、缺测与变量性质，可回看采样数学。

三种垂直层不能互换名字

等压层（pressure level）固定气压，例如850或500 hPa，其高度会随时空变化；高原地面气压低于850 hPa时，850 hPa可能在地下。几何高度层（height level）固定某个高度基准。模式层（model level）按模型定义安排，近地层可能跟随地形，向高处逐渐过渡；编号本身不是米数。

混合垂直坐标（hybrid vertical coordinate）可用形如 p=a+b p_s 的关系计算层界面压力，其中p_s为地表气压，a带压力单位，b无量纲；具体系数、全层与半层定义必须遵循数据集，不能随意套用。

变量名相似，物理量可能不同

变量示例	含义与常见单位	读取时检查
T / temperature	温度，K或°C	摄氏温度=K−273.15
q / specific humidity	比湿，kg/kg	0.01 kg/kg=10 g/kg
RH / relative humidity	相对湿度，%或0–1	比例是否已乘100
u,v / wind components	东、北分量，m/s	地理方向还是网格方向
ω / pressure vertical velocity	气压坐标垂直速度，Pa/s	通常ω<0对应向较低压运动
Φ / geopotential	位势，m²/s²	不等于高度米
Z / geopotential height	位势高度，m	不等于椭球高

在常用近似下 Z=Φ/g₀，g₀=9.80665 m/s²。若Φ约为55,000 m²/s²，则Z约为5608 m。ECMWF变量名z常表示位势；不能仅凭字母推断单位。ECMWF 位势和高度说明

时间窗口也是数据的一维

瞬时值（instantaneous value）、平均值（mean）与累计量（accumulation）不同。若同一次起报的降水在+3 h为自起报累计2 mm、+6 h为累计5 mm，则3–6 h区间为3 mm。两个值必须拥有相同累计起点；新一轮起报的累计重置后，不能跨轮次直接相减。

ERA5是再分析（reanalysis）：用一套较一致的方法重新融合历史观测与模型，得到时空完整的历史估计；它不是原始观测网，也不是无误差真值。不同产品的累计约定仍需读文档。ERA5 数据说明

风向也是循环量（circular quantity）：359°与1°都接近北方，直接平均却得到180°，完全反向。通常先转成同一参考系下的向量分量，进行合适的平均，再转回方向；若风速很小，方向本身可能没有稳定意义。地类编码、降水累计和风向也不应共用一个未经检查的插值器。

进入 Cesium 之前

将这些信息变为明确类型：value + unit + horizontalGrid + verticalReference + validTime + mask。上传纹理前保留原值范围；纹理与GPU负责表达数据，曲线网格负责位置映射，高度数学帮助区分显示基准。夸张高度与加速粒子只改变展示，不应覆盖科学值。

自检： 把500 hPa一整层都画在500 m高度，错误在哪里？

展开答案

把压力误当成长度，同时忽略等压面高度随位置变化。应先读取或推算该面的高度，并说明位势、几何和椭球高度之间采用的转换或显示近似。500 hPa也绝不表示“地上500米”。