[Xarray] 1. 数据结构

如题所述

第1个回答  2022-07-27

参考 Xarray官方文档 , Python气象数据处理进阶之Xarray(1):Xarray的数据结构

在Xarray中,数据是由结构和标签的,分为以下几种:

1.DataArray:

带有标注或命名维度的多维数组。DataArray将metadata(例如:维名称,坐标和属性)添加到基础的 未标记 的数据结构,例如numpy和Dask数组。

2.Datasets:

具有类似字典结构的尺寸对其的DataArray对象的 集合 。因此,可以在单个DataArray的维度上执行的大多数操作都可以在Dataset上执行。

Dataset是多个DataArray的集合

3.Variable:

类似于NetCDF的变量。由dimensions,data和attributes组成。variable和numpy数组之间的主要功能区别在于,对variable的数字运算可以通过 维名称 实现数组广播。

通俗的讲,variables < DataArray < Dataset (<指包含于)。这种解释不完全正确,但是初学者可以这样理解。

Xarray通过对维命名的操作实现数据筛选和处理,实现数据的标记和命名通过以下几个定义实现:

* Dimension : 每一轴的维名称(e.g.,('x','y','z'))。

* Coordinate : 坐标或刻度。类似于字典的序列,将每个点标记。比如说dimension是纬度,那么对应的coordinate就是纬度坐标(90°N,89°N,88°N……89°S,90°S)。

* Index : 索引号,也可以说是位置标号。a[0]代表a数组的一个数,0就是index。

可以看到,该文件是一个Datasets,里面含有变量:Data Variables,数据集的维度有经度纬度和时间,各自有各自的坐标Coordinates,同样数据集还有一些属性来表明数据集信息。

我们可以通过:

来分别查看数据集中包含的变量,维,坐标。

再比如NCEP的位势高度资料:

基本同上。

需要说明的是,ncl数据中存在short格式,在读取时需要使用short2flt()函数,但是在Python中不存在short格式,默认均为float,无需考虑这一点。

有时我们通过其他手段读取了相关数据,但是数据是np.array格式的,我们需要将其转换为DataArray,亦或我们需要输出一个NC文件,需要将计算后的数组转为DataArray格式,这就用到了创建的方法。

1.Data: 数据,可以是numpy ndarray,series,DataFrame,pandas.panel等格式

2.coords: 坐标列表或字典

如果是列表,则应为元组列表。其中第一个元素为dimension name,第二个元素是对应的坐标array_like对象。

用字典格式比较好

3.dims: 维名称列表

如果省略,并且coords是元组列表,则维度名称取自coords。

4.attrs: 属性

5.names: 变量名

以上,除了data外,都不是必须的。

创建示例如下:

上面提到,除了data以外,其他都是不必要的

如果是从一个DataFrame数据转化为DataArray的话(这种操作通常是为了将Pandas和Xarray联合使用):

会自动识别行列的名称和序号。

官方文档还有更复杂的例子,需要的话再去官网查看。

在创建了数据之后,我们同样可以使用相关的操作获取DataArray的各种信息:

如果想对DataArray的值修改可以通过以下两种方法:

两种结果是等价的,但官方只给出了第一种方法。

*通过指令 foo.rename('temperature') 改名,比如通过hgt计算得到了一个新变量,需要改名,就可以用这个指令。

在得到一个DataArray后,用于画图时,比如我们需要获取它的经度和纬度(在这里,刚刚的例子是时间和高度),那么可以直接通过

这两种方式取出坐标信息。

要修改或者删除某坐标信息的话,原理和修改数据是一样的:

官网给出一个以气候数据为例的Dataset结构:

<center>

</center>

一个数据集,包含了数据主体(Temperature,Precipitation),维度坐标(latitude,longitude)。

根据官网的例子,一个Dataset是这样创建的,实际上与DataArray类似:

实际上这个例子与我们通常接触的不太一样,因为大部分数据的lat和lon都是一维的。

对Dataset的操作和DataArray基本一致,不再重复。