m3diff对比分析ioapi-netcdf文件

最近要在一个新机器上跑CMAQ, 先对机器和模式做个校验, 以前都是跑出来自己写个ncl脚本比对的, 现在觉得用ioapi的m3diff也挺好, 不过还需要基于那个结果进行后续分析, 这里记录一下


m3diff

用法:

! m3diff.f
'USAGE:  m3diff [INFILEA INFILEB [REPORTFILE]] [DEFAULT]'

这里INFILEA, INFILEB, REPORTFILE最好都是环境变量, 直接是文件名也行, 但是字符串长度只有16...

#!/bin/bash

# m3diff USAGE:  m3diff [INFILEA INFILEB [REPORTFILE]] [DEFAULT]

EXEC=......Linux2_x86_64ifort/m3diff # can can need

export ANC=../output_GoogleDrive/CCTM_24august2017.ACONC.CMAQ52b_mpi_SE52BENCH.35.cmas_2011182
export BNC=../output_CCTM_v52_intel_SE52BENCH/CCTM_ACONC_v52_intel_SE52BENCH_20110701.nc
export RFILE=rst-m3diff.txt

$EXEC ANC BNC RFILE DEFAULT

输出:

m3diff的默认输出如下 (截取一个计算点, 即一小时的全部空间计算结果), 包含Max, Min, Mean, Sigma

...

 Date and time  2011182:000000 (0:00:00   July 1, 2011)
 A:ANC/NO2  vs  B:BNC/NO2  vs  (A - B)
      MAX        @(  C, R, L)  Min        @(  C, R, L)  Mean         Sigma 
 A    4.87336E-02@( 31,38, 1)  1.02405E-04@(100,13, 1)  2.13298E-03  3.05647E-03
 B    4.83082E-02@( 31,38, 1)  1.02051E-04@(100,13, 1)  2.12775E-03  3.04345E-03
 A:B  4.25424E-04@( 31,38, 1) -9.22559E-05@(  6, 8, 1)  5.22923E-06  1.63126E-05

...

结果分析

虽然直接看原始结果也不是不行, 但是看着比较累, 我就是想看看偏差大不大比如说, 所以我从现有的结果中以一个标准去筛选即可

考虑到Mean偏差和Sigma偏差以及max min偏差的意义不一样, 这里我以riskLevel去衡量偏离程度

比如, Mean偏差1%, riskLevel+4, Sigma偏差2%, riskLevel+2, MaxMin的location偏差10个网格坐标, riskLevel+1, 具体参数都可调, 这样每个点位都有一个riskLevel, 再以heatMap的形式去画出来即可方便的找到差异较大的点位

这里点位我是指某个变量的某个时间维, 也是m3diff输出的最小单位

参考脚本如下, 不过绘图部分极其简陋, 简单看看用的, 没仔细调整, 就不放图了...

# coding: utf-8

# v0.1

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sb
import re

def main():

    # >>>>>>>>>>>> prepare    
    Diff.criterias = {'mean' : 0.01, 'std' : 0.02, 'loc' : 10} 
    targetVars = None # ['SO2'] # None
    m3diff_rst = "rst-m3diff.txt"

    # >>>>>>>>>>>> get diff data
    diffs = resolve_m3diff_rst(m3diff_rst)
    
    # >>>>>>>>>>>> get datetime and varlist
    datetimes = set()
    varList = set()
    for d in diffs:
        d.calRisk()
        datetimes.add(d.DateTime)
        varList.add(d.var)

    # randomly arranged if not sorted
    datetimes = sorted(list(datetimes))
    varList = sorted(list(varList)) if targetVars is None else targetVars


    # >>>>>>>>>>>> get DataFrame
    df = pd.DataFrame(index = varList, columns = datetimes, dtype = np.float32)
    for d in diffs:
        if d.var in varList:
            df.loc[d.var, d.DateTime] = d.riskLevel

    # >>>>>>>>>>>> draw
    fig, ax = plt.subplots(figsize = (10, 60))
    ax = sb.heatmap(df, vmax = 7, vmin = 0, cmap = 'binary')

    fig.savefig('m3diff.hmp.png', dpi = 300, bbox_inches = 'tight')




class Diff:  # contains info for each data-point
    # criterias = {'mean' : 0.01, 'std' : 0.02, 'loc' : 10}
    def __init__(self , lines6):
        assert len(lines6) == 6, 'Error! class Diff init need 6-lines text!'
        
        # >>>>>>>>>>>>>>>> resolve data
        self.DateTime = re.search(r"\d{7}:\d{6}", lines6[0]).group()
        self.var = re.search(r'/(.*)  vs  B', lines6[1]).group(1)
        a, b, c, d, e, f = re.search(r'A +(.*?)@\((.*?)\) +(.*?)@\((.*?)\) +(.*) +(.*)$', lines6[3]).groups()
        self.Max_A = float(a)
        self.Min_A = float(c)
        self.Mean_A = float(e)
        self.Sigma_A = float(f)
        self.MaxLoc_A = eval(b)
        self.MinLoc_A = eval(d)

        a, b, c, d, e, f = re.search(r'B +(.*?)@\((.*?)\) +(.*?)@\((.*?)\) +(.*) +(.*)$', lines6[4]).groups()
        self.Max_B = float(a)
        self.Min_B = float(c)
        self.Mean_B = float(e)
        self.Sigma_B = float(f)
        self.MaxLoc_B = eval(b)
        self.MinLoc_B = eval(d)
        
        a, b, c, d, e, f = re.search(r'A:B +(.*?)@\((.*?)\) +(.*?)@\((.*?)\) +(.*) +(.*)$', lines6[5]).groups()
        self.MeanDiff = float(e)
        self.SigmaDiff = float(f)
    
        self.MaxLocDiff = 0
        self.MinLocDiff = 0
        ndims = len(self.MaxLoc_A)

        for i in range(ndims):
            self.MaxLocDiff = self.MaxLocDiff + abs(self.MaxLoc_A[i] - self.MaxLoc_B[i])
            self.MinLocDiff = self.MinLocDiff + abs(self.MinLoc_A[i] - self.MinLoc_B[i])
    
        self.riskLevel = 0
    
    def calRisk(self):
        self.riskLevel = 0
        if self.MeanDiff != 0 and max(abs(self.MeanDiff / self.Mean_A), abs(self.MeanDiff / self.Mean_B)) > Diff.criterias['mean']:
            self.riskLevel += 4
        if self.SigmaDiff != 0 and max(abs(self.SigmaDiff / self.Sigma_A), abs(self.SigmaDiff / self.Sigma_B)) > Diff.criterias['std']:
            self.riskLevel += 2
        if max(self.MaxLocDiff, self.MinLocDiff) > Diff.criterias['loc']:
            self.riskLevel += 1
        
        return


def resolve_m3diff_rst(infile): # get all Diff from input file
    m3diff_rst = infile
    rstLines = open(m3diff_rst, "r").read().splitlines()

    i = 0
    diffs = []
    while True:
        if rstLines[i].startswith(' Date and time'):
            diffs.append(Diff(rstLines[i : i+6]))
            i = i + 6
        if i == len(rstLines):
            break
        i += 1

    return diffs


if __name__ == '__main__':
    main()
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