日食：追踪月球阴影的GOES卫星数据之旅
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日食：追踪月球阴影的GOES卫星数据之旅
扎卡里·诺曼 2017年9月11日，星期一
这是我近期使用IDL创造的最酷的例子之一。在这篇博客中，我将详细介绍如何利用多种技术访问、下载和可视化数据，从而创建了美国大日全食期间月球阴影的动画。在深入细节之前，这里先提供一个视觉亮点，展示了生成动画的单个帧。请注意，此图像是使用IDL的hist_equal()函数处理的，并且应用了颜色表以突出月球的阴影。
现在进入细节！首先，我想就AWS（亚马逊云服务）上可用的GOES数据状态添加一个小声明。在下面提到的网页上，有如下说明：虽然GOES-16 ABI L1b和CMI数据已达到临时验证阶段，但请注意，由于GOES-16卫星尚未宣布投入业务运行，其数据仍被认为是初步的并处于测试阶段。幸运的是，对于本例的目的而言，我们只是想获得日食的漂亮图像。为此，工作流程包括：
- 发现GOES数据可在AWS的"Earth on AWS"上获取。
- 使用node.js创建一个脚本，利用NPM的开源JavaScript模块来查询并在本地下载数据。
- 使用IDL编写脚本以提取数据，并在地图上正确显示数据。
- 扩展脚本以处理一系列图像并生成数据的视频动画。
现在详细说明我如何完成每一步。对于第一步（或许不算是真正的一步），我认为谈谈AWS上的地球数据会很有帮助。如果你还没看过，你应该去看看亚马逊的这个优秀页面，它列出了亚马逊提供的所有免费数据。除了GOES数据，你还可以找到Landsat、MODIS、Sentinel 2等数据。如此便捷的数据访问方式，是开发有趣应用程序的好方法，无需为想要使用的数据购买而烦恼。开发任何应用程序（包括本例）最重要的部分，是做足功课并理解如何从AWS拉取数据并在应用程序中使用。
为了访问存储在亚马逊S3存储中的数据，我使用了JavaScript，以利用免费的AWS SDK，该SDK包含易于使用的工具来查询S3"存储桶"的内容。我用它来根据不同的输入参数搜索和识别需要下载的文件。为了缩小搜索范围，我坚持使用ABI-L1b-RadF产品，你可以在https://www.goes-r.gov/了解更多信息。
针对美国本土大陆的L1b辐射率产品，我搜索数据的具体时间是8月21日科罗拉多时间上午10点到下午2点。这得到了60个不同场景的结果（大约每5分钟一个场景，针对我使用的数据集）。值得一提的是，为了使用AWS S3 SDK下载和搜索数据，你确实需要一个账户以及关联的访问密钥和秘密密钥。如果你没有AWS的访问密钥，这里是亚马逊文档的链接，应该能提供你获取或注册所需的信息：
https://aws.amazon.com/premiumsupport/knowledge-center/create-access-key/
获得密钥后，我就能够下载所需时间的数据，总共约900 MB。有了数据之后，我需要编写一些IDL代码来搜索文件、提取辐射率值，并在地图上正确放置数据。IDL的长期开发者克里斯·托伦斯，在IDL中添加了对GOES地图投影的支持，该投影是最近版本（IDL 8.6.1）的一部分。为了使用它，你可以在创建图像或投影时简单地指定'GOES-R'地图投影。为了演示这一点，这里有一个IDL示例，展示了如何针对一个CONUS GOES文件实现这一点：
**data = NCDF_Parse(file, /READ_DATA)
center_lon = data['geospatial_lat_lon_extent', $
'geospatial_lon_nadir', '_DATA']
radiance = data['Rad','_DATA']
xscale = data['x', 'scale_factor', '_DATA']
xoffset = data['x', 'add_offset', '_DATA']
x_radians = data['x', '_DATA']*double(xscale) + xoffset
yscale = data['y', 'scale_factor', '_DATA']
yoffset = data['y', 'add_offset', '_DATA']
y_radians = data['y', '_DATA']*double(yscale) + yoffset
i = image(hist_equal(radiance), x_radians, y_radians, $
RGB_TABLE=15, $
LIMIT=[15,-120, 50, -60], MARGIN=[0.1,0.02,0.08,0.02], $
MAP_PROJECTION='GOES-R', GRID_UNITS='meters', $
CENTER_LONGITUDE=center_lon, $
DIMENSIONS=[1000,600], $
TITLE='GOES-16 Level 1b Radiance CONUS')
mc = mapContinents(/COUNTRIES)
mc = mapContinents(/US)**
接下来，只需将代码包装在一个循环中，为每个文件生成地图，捕获地图的外观，然后使用IDL将每一帧添加到MP4文件中。这里是生成的官方动画链接，你可以看到月球的阴影如何"GOES"（一语双关）穿越美国：
https://www.facebook.com/NV5GeospatialSoftware/videos/10155456330801006/
如果你想自己尝试一下，你可以在GitHub上找到所有必要的文件（包括一个可以下载并在本地查看的MP4文件）：
https://github.com/znorman17/goes-tools
只需知道，用于下载数据的JavaScript代码没有太多的错误捕获功能，因此如果你在代码中犯错，它不会很宽容。请注意，虽然GOES数据集的每个波段可能很小（CONUS影像的波段范围从3 MB到15 MB不等，有一个大约80 MB），但在较长的搜索周期内下载许多文件，如果你的网络连接速度不快，将需要一些时间。
祝你愉快！