python 将垂直速度从压力坐标系转为高度坐标系（pa/s转为m/s）

2022-12-27 329

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简介： 最近在计算一下涡度的垂直项时，发现一个问题，如果使用笛卡尔坐标系下的涡度计算公式，会发现对于我们从ERA5下载的垂向速度ω，它的单位是：pa/s，而对于水平的速度u、v来说，它们的单位是：m/s，这在计算速度的旋度时就会出现问题，由于单位不一致引起计算无法进行，对于后续数据处理造成干扰。

前言

最近在计算一下涡度的垂直项时，发现一个问题，如果使用笛卡尔坐标系下的涡度计算公式，会发现对于我们从ERA5下载的垂向速度ω，它的单位是：pa/s，而对于水平的速度u、v来说，它们的单位是：m/s，这在计算速度的旋度时就会出现问题，由于单位不一致引起计算无法进行，对于后续数据处理造成干扰。

本来我在网上搜寻解决方案时，发现大部分的解答都只提供了解决思路（由公式转换），往往比较冗杂，不够简单。所辛，我在metpy这个工具包中发现了包装好的函数，只需要提供相应的数据，即可成功转换！

这里展示由压力坐标向高度坐标转换的例子，（metpy也提供了反向转换的函数，可以尝试）

函数如下：官方链接在这

metpy.calc.vertical_velocity(omega, pressure, temperature, mixing_ratio=0)

需要传入三个参数：压力坐标系下的垂向速度ω、压力p、气温t，混合比（默认为0）

omega (pint.Quantity) – Vertical velocity in terms of pressure
pressure (pint.Quantity) – Total atmospheric pressure
temperature (pint.Quantity) – Air temperature
mixing_ratio (pint.Quantity, optional) – Mixing ratio of air

还是比较容易理解的，下面给出了一个示例，仅供参考：

import xarray as xr
import numpy as np
from metpy.units import units
import metpy.constants as constants
import metpy.calc as mpcalc
#########################################################
path1=r'D:\PV\down_hourly.nc'
f = xr.open_dataset(path1).sortby('latitude')
path3=r'D:/PV/tem.200406.nc'
f_t=xr.open_dataset(path3).sortby('latitude').transpose('time','level','latitude','longitude')
#########################################################
t=f_t.t
f = f.transpose('time','level','latitude','longitude')
f_u = f.u
f_v = f.v
f_w = f.w
#########################################################
lat =  f_u.latitude
lon =  f_u.longitude
time = f_u.time
lev = f_u.level
pressure = lev*units.hPa
#########################################################
#height=mpcalc.pressure_to_height_std( pressure)
w = mpcalc.vertical_velocity(f_w, lev, t, mixing_ratio=0)