使用metpy计算比湿度时出错

Question

我想使用metpy 使用 ERA5 每小时再分析数据计算近地表（即 2m）比湿度。我昨天刚刚通过 pip 在本地安装了metpy，所以我假设我的代码是最新的。我的问题是我不断遇到以下错误。

这是我目前的代码：

# import modules
import numpy as np
import xarray as xr
from metpy.units import units
import metpy.calc as mpcalc

# read data
d2m = xr.open_dataset('netcdf/ERA5_dewpt2m_1992.nc')
sp = xr.open_dataset('netcdf/ERA5_pres_1992.nc')

# assign units (approach 1)
#d2m = d2m*units.kelvin
#sp = sp*units.pascal

# assign units (approach 2)
d2m = units.Quantity(d2m, "kelvin")
sp = units.Quantity(sp, "pascal")

# calculate specific humidity
aqh2m = mpcalc.specific_humidity_from_dewpoint(sp, d2m)

如果我忽略“单位”步骤，那么该功能当然会抱怨缺少单位。请注意，我已经尝试了两种不同的方法来处理上述单位，但它们都不起作用。

如果我尝试这种方法：

# assign units (approach 1)
d2m = d2m*units.kelvin
sp = sp*units.pascal

# calculate specific humidity
aqh2m = mpcalc.specific_humidity_from_dewpoint(sp, d2m)

然后我收到以下错误：

ValueError: This function changed in 1.0--double check that the function is being called properly.
`specific_humidity_from_dewpoint` given arguments with incorrect units: `pressure` requires "[pressure]" but given "none", `dewpoint` requires "[temperature]" but given "none"
Any variable `x` can be assigned a unit as follows:
    from metpy.units import units
    x = units.Quantity(x, "m/s")

但是，如果我采用错误消息中建议的单元分配方法，即：

# assign units (approach 2)
d2m = units.Quantity(d2m, "kelvin")
sp = units.Quantity(sp, "pascal")

# calculate specific humidity
aqh2m = mpcalc.specific_humidity_from_dewpoint(sp, d2m)

然后我只是收到一条不同的错误消息：

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-4-86573b0b8029> in <module>()
----> 1 d2m = units.Quantity(d2m, "kelvin")
      2 sp = units.Quantity(sp, "pascal")
      3 
      4 # calculate specific humidity
      5 aqh2m = mpcalc.specific_humidity_from_dewpoint(sp, d2m)

~/.local/lib/python3.6/site-packages/pint/quantity.py in __new__(cls, value, units)
    201     def __new__(cls, value, units=None):
    202         if is_upcast_type(type(value)):
--> 203             raise TypeError(f"Quantity cannot wrap upcast type {type(value)}")
    204         elif units is None:
    205             if isinstance(value, str):

TypeError: Quantity cannot wrap upcast type xarray.core.dataset.Dataset

我该怎么办？我不知道从这里去哪里。您可以提供的任何建议/指导将不胜感激。

仅供参考，这是我的各种模块的版本。我将全部列出，因为我不确定 metpy 在内部使用什么来支持单位：

• python 3.6.3
• numpy 1.19.5
• xarray 0.16.2
• 熊猫 1.1.5
• 品脱 0.17
• 狗 1.4.0
• pyproj 3.0.1
• matplotlib 2.1.2
• traitlets 4.3.2
• scipy 1.0.0

提前致谢。

Answer 1

units.Quantity 似乎无法处理 Xarray 对象。取而代之的是 xarray.DataArray 对象具有 Xarray.DataArray.metpy.quantify 方法将数据转换为metpy pint.Quantity （请注意，这会将非dask数组加载到内存中）。这会将单位从属性移动到数据。

你可以这样：

# import modules
import numpy as np
import xarray as xr
from metpy.units import units
import metpy.calc as mpcalc

# read data
d2m = xr.open_dataset('netcdf/ERA5_dewpt2m_1992.nc')
sp = xr.open_dataset('netcdf/ERA5_pres_1992.nc')

# assign units
d2m = d2m.metpy.quantify()
sp = sp.metpy.quantify()

# calculate specific humidity
aqh2m = mpcalc.specific_humidity_from_dewpoint(sp, d2m)

我希望您的 ERA5 数据的格式符合 CF，所以这应该可以工作。如果没有，也许 Xarray 特定 Metpy 功能页面上的“不符合 CF 的数据集”部分可能会有所帮助：https://unidata.github.io/MetPy/latest/tutorials/xarray_tutorial.html

Answer 2

您遇到的一个问题是xr.open_dataset() 的结果是Dataset，而不是DataArray，这是您真正想要用于MetPy 的计算函数的结果。一旦你有了这些，MetPy 应该能够自动处理带有单元元数据的DataArrays，例如：

import xarray as xr
import metpy.calc as mpcalc

# read data
d2m_ds = xr.open_dataset('netcdf/ERA5_dewpt2m_1992.nc')
sp_ds = xr.open_dataset('netcdf/ERA5_pres_1992.nc')

# Pull out DataArrays and ask MetPy to parse CF metadata
d2m_arr = d2m_ds.metpy.parse_cf('dewpt2m')
sp_arr = sp_ds.metpy.parse_cf('press')

# calculate specific humidity
aqh2m = mpcalc.specific_humidity_from_dewpoint(sp_arr, d2m_arr)