CMIP6数据下载与处理指南
CMIP6数据下载与处理指南
CMIP6（第六次耦合模式比较计划）是气候研究领域的重要数据资源，包含了全球多个气候模型的模拟数据。本文将详细介绍如何从ESGF（Earth System Grid Federation）数据平台下载CMIP6数据，包括界面功能详解、数据筛选步骤和具体案例，以及如何在ArcGIS中处理下载的数据。
数据下载网站：https://aims2.llnl.gov/search/cmip6（需科学上网）
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一、界面简介
目前最新的下载界面如下图所示，左侧可以筛选数据，右侧则会显示数据筛选的结果。
二、右侧数据筛选栏详解
这一章节会详细记录右侧数据筛选栏的每一项含义。
（一）Select a Project
这个菜单列出了可以下载的不同气候模型相关数据集，每个选项代表一个特定的项目或数据框架，这里默认就是CMIP6。
（二）Filter By Transfer Options
这个选项是用于筛选数据传输方式的过滤器。
Any是默认选择：显示所有数据文件，无论其支持的传输方式。适合普通用户，不需要对传输方式进行限制。
Only Globus Transferrable只显示支持通过Globus传输工具下载的数据。（Globus是一种高效、可靠的数据传输工具，适合处理大规模或高性能需求的传输任务。）
目前的学习为网页单个下载，默认选择Any。
（三）Filter with Facets
ESGF数据平台的筛选选项，用于更精确地过滤和选择所需数据集。
1.General
Activity ID（活动标识），表示数据所属的特定实验活动或计划，可以看到就是MIPs，根据研究目的选择不同的MIPs。
Data Node指存储数据的服务器节点，其实可以直接空着。
2.Identifiers
Source ID表示气候模式（GCMs）的名称。
Instituiton ID表示开发和维护数据集的研究机构。
Source Type描述数据的来源类别，例如：AOGCM表示大气-海洋耦合模式，ESM表示地球系统模式（包含碳循环等生物地球化学过程）。
Experiment ID表示数据所属的具体模拟实验，比如historical（历史模拟），ssp（未来情景实验），piControl（工业化前的控制实验）等。这里用的比较多的ssp，要注意前面MIPs的筛选，并不是所有的MIPs都有ssp情景。
Sub Experiment ID（子实验标识），表示特定实验的子集或变种，细化实验条件，例如分年代际预测或具体模型设置的子实验。
3.Resolutions
Nominal Resolution，用于根据气候模式的数据分辨率筛选所需数据集。
4.Labels
Variant Label指数据集的变体标签，用于标识同一实验的不同模拟版本。同一实验可能由不同的初始化条件、物理参数或随机种子运行多次，产生多个变体版本，而Variant Label 用于区分这些版本，例如r1i1p1f1：
- r1：第1个随机种子（Run ID）。
- i1：第1个初始化条件（Initialization Method）。
- p1：第1个物理方案（Physics Configuration）。
- f1：第1个强迫方案（Forcing Index）。
同一研究所使用的数据必须保持相同的Variant Label。
Grid Label表示数据的网格类型或分辨率标签，用于说明数据输出的网格系统： - gn：原生网格（Native Grid），即模型本身的计算网格。
- gr：再投影网格（Regridded），将数据重新插值到规则网格。
- gr1、gr2：不同分辨率的规则网格。
如果研究需要模型的原始输出（最高精度），选择 gn；如果需要便于对比或使用的数据（标准化网格），也就是多模式对比，选择 gr 或其他再投影版本。
5.Classifications
Table ID表示数据类型的处理方式，如月平均、日平均等（Amon表示大气数据月平均，Omon表示海洋数据月平均）。
Frequency表示数据的时间分辨率，比如day就是日平均，yr就是年平均数据。
Realm表示数据所属的气候系统领域比如atmos表示大气，land表示陆地。
Variable ID表示表示具体的气候变量名称，比如pr表示降水量，关于Variable ID的快速查询和变量描述可以参考：CMIP6 变量详细表格-CSDN博客
CF Standard Name表示符合 CF（Climate and Forecast）标准的变量名称，用于确保数据的一致性和互操作性。
6.Addtional Properties
Version Type可以选择数据版本，只分为Latest和All。
Result Type表示结果类型，同于筛选原始数据和副本。
- Originals and Replicas：显示原始数据及其副本。
- Originals Only：仅显示原始数据（数据的主要来源）。
- Replicas Only：仅显示副本（存储在其他节点的复制数据）。
Version Date Range表示指定数据版本的日期范围。
7.Filename
如果已知目标数据的文件名或其一部分，可以输入相关信息可快速定位数据。
三、筛选数据举例
上一章节介绍了数据筛选栏所有模块的内容，但其实在下载数据的时候并不是所有模块都需要被筛选的，因此在这一章节记录了个人的一个下载案例。
我需要下载SSP2-4.5这一未来情景下的降水数据，那么首先我的Activity选择了ScenarioMIP（其实可以发现只有这一个MIPs包括SSP情景的数据）。Data Node不作选择。
我想研究未来全球的气候变化，因此最合适的GCMs为EC-Earth3，所以Source ID选择EC-Earth3。未来情景我选择了ssp245。设定完Source ID和Experiment ID后我的Institution ID和Soruce Type本身就只剩下了一个选项，因此也无需作出选择。如果是其他类型的数据，也可以根据自身的需要进行设定。
Resulutions，Variant Label和Grid Label可以根据自身的研究需求确定。也可以先空着，筛选完后面的变量和时间分辨率之后再来看这里有什么选项。在这里我可以选择的分辨率其实只有100km，因此如果想要获取分辨率更高的CMIP6数据的话需要进行降尺度，降尺度的步骤流程也将在后续进行更新。
这里我选择逐日的降水数据。
剩下的Additional Properties和Filename没有需求，不作设定。
全部筛选之后，可以看到右侧结果是筛选出来了261个数据。
四、右侧数据详解
借助上一章节我筛选出的降水数据来对右侧数据显示作出解释，随机挑选第一个数据，如下图所示。
Dataset ID为：CMIP6.ScenarioMIP.EC-Earth-Consortium.EC-Earth3.ssp245.r4i1p1f1.day.pr.gr。
各部分含义：
- CMIP6：数据所属项目（第六阶段耦合模式比较计划）。
- ScenarioMIP：实验类型（未来情景模拟，基于SSP情景）。
- EC-Earth-Consortium：开发该模式的机构（欧洲地球系统模式联盟）。
- EC-Earth3：气候模式名称。
- ssp245：实验ID，表示 SSP2-4.5 中等排放情景。
- r4i1p1f1：变体标签，表示该模拟的运行版本。
- r4：第4次模拟运行（随机种子）。
- i1：第1个初始化条件。
- p1：第1个物理配置。
- f1：第1个强迫方案。
- day：时间分辨率，逐日数据。
- pr：变量，表示降水量（precipitation）。
- gr：网格类型，表示再投影网格。
Files表示数据集中包含的文件数量（86 个）。
Total Size表示数据集的总大小（11.4 GB）。
Version表示数据版本号（20200425），此数据于 2020 年 4 月 25 日发布。
Download Options提供下载方式，包括生成 wget 脚本，可用于批量下载或直接单击下载按钮获取全部数据。
Globus Ready表示数据是否支持 Globus 传输工具，绿色图标表示此数据集可以使用 Globus 高效传输工具下载。
1.Files
打开Files可以看到是每一年的nc文件，可以选择下载某一年的，也可以直接打包下载全部的nc文件。
2.Metadata
Metadata里的信息与Dataset ID的相近，具体可以关注一下其中的variable_units，变量单位，但有关描述在上文给到的CMIP6变量表格中也都有涉及到。
五、在ArcGIS中打开nc影像
下载了2015年的降水量数据，单幅nc数据可以直接在ArcGIS中打开，但是如果多幅的话可以选择nc批量转tiff会更方便，此方法将会在后续更新。
打开ArcGIS后搜索“创建NetCDF栅格图层（多维）”工具。
注意这里的变量记得选择正确变量，有时候进去默认是经度或者纬度。后续如果下载的是多波段影像的话，也可以通过波段维度及维度值设置一个时间维度。
影像如下图所示，可以根据自己的需求进行裁剪。