NEXRAD(Next Generation Weather Radar)是美国NOAA运营的新一代天气雷达组网,是全球完全免费、永久开源、无权限限制的商用级气象雷达数据集,是气象科研、算法训练、雷达反演、强对流分析的优质练手数据源。
运营机构:NOAA / NCEI
存储载体:AWS 公共开放数据集(S3对象存储)
访问权限:完全免费、无需密钥、无需注册、公开直连下载
雷达体制:S波段多普勒天气雷达,体制与国内CINRAD/SA/SB型号一致
时间覆盖:1991年至今全时段历史存档 + 实时准动态更新
⚠️ 重要更新(2025年8月):NEXRAD Level II数据的AWS S3存储桶已变更为 unidata-nexrad-level2,原 noaa-nexrad-level2 已于2025年9月停止更新。本文下载代码已使用新存储桶地址,请放心使用。
空间覆盖:全美本土+阿拉斯加、夏威夷及海外属地,共计160+部固定天气雷达站,站点分布密集,强对流、台风、暴雨、龙卷风观测样本极为丰富。
时间分辨率:常规扫描约5~10分钟/体扫;强对流加密模式下可达2~3分钟/体扫。
观测要素:包含反射率、径向速度、谱宽、差分反射率、差分相位、相关系数等双偏振全要素。
NEXRAD 数据分为 Level 2 原始基数据 和 Level 3 二次产品数据 两大核心类别。
最底层原始雷达扫描数据,包含全部仰角体扫和径向观测原始值,支持自定义反演、订正和三维合成,是科研与二次开发的首选。
文件格式:V06/V07版本压缩包(bz2压缩),标准Archive II雷达格式。Level 2文件将所有观测场包含在同一个文件中。
NOAA官方预处理后的成品产品,经过格点化和算法订正,适合快速绘图和业务展示。
标准文件名示例:
KTLX20260421_000653_V06KTLX:雷达站唯一编号
20260421:观测日期(年月日)
000653:UTC时间(时分秒)
V06:数据版本号(V06或V07)
支持平台:Windows / Linux / macOS 全平台
Python版本:3.8 ~ 3.11 推荐
requests | |
boto3 | |
arm-pyart | |
matplotlib | |
numpy | |
cartopy |
pip install requests boto3 arm-pyart matplotlib numpy cartopy主归档地址:s3://unidata-nexrad-level2/
网页在线浏览:https://registry.opendata.aws/noaa-nexrad/

打开NEXRAD公开S3浏览页面
选择目标雷达站ID(如KTLX、KLOT、KDMX)
按「年/月/日」进入对应日期文件夹
再进入对应雷达站ID文件夹
选择对应UTC时间的V06/V07原始数据文件
右键另存为下载(文件无扩展名,但为bz2压缩格式)
下载完成后无需解压,pyart可直接读取
提示:S3中文件路径结构为 {年份}/{月份}/{日期}/{雷达站ID}/,例如 2026/04/21/KTLX/KTLX20260421_000653_V06。
按「雷达站 + 起止时间」自动筛选匹配文件
遍历正确的S3目录结构(日期在前,雷达站在后)
流式分片下载,防止大文件卡顿
自动创建本地保存目录
避免重复下载
import osimport boto3import requestsfrom botocore import UNSIGNEDfrom botocore.config import Configfrom datetime import datetime, timedelta# ===================== 配置参数 =====================RADAR_ID = "KTLX"START_DT = datetime(2026, 4, 21, 12, 0, 0)END_DT = datetime(2026, 4, 21, 14, 0, 0)SAVE_DIR = "./nexrad_level2_data"# ====================================================# 匿名访问S3(无需任何凭证)s3 = boto3.client("s3", region_name="us-east-1",config=Config(signature_version=UNSIGNED))BUCKET_NAME = "unidata-nexrad-level2"def get_nexrad_file_list(radar_id, target_date):"""获取指定雷达+日期下的全部Level2文件(使用正确前缀)"""date_str = target_date.strftime("%Y/%m/%d")prefix = f"{date_str}/{radar_id}/" # 关键:日期在前,雷达ID在后file_list = []resp = s3.list_objects_v2(Bucket=BUCKET_NAME, Prefix=prefix)if "Contents" not in resp:return file_listfor obj in resp["Contents"]:key = obj["Key"]if key.endswith(("V06", "V07")):file_list.append(key)return file_listdef parse_file_time(file_key):"""从文件名解析观测时间(适配KTLX20260421_000653_V06格式)"""fname = os.path.basename(file_key) # 如 KTLX20260421_000653_V06parts = fname.split('_')if len(parts) < 2:return None# 第一部分如 KTLX20260421,取后8位日期date_part = parts[0][-8:] # 20260421time_part = parts[1] # 000653try:file_dt = datetime.strptime(date_part + time_part, "%Y%m%d%H%M%S")return file_dtexcept Exception:return Nonedef download_s3_file(file_key, save_path):"""流式下载S3文件"""url = f"https://{BUCKET_NAME}.s3.amazonaws.com/{file_key}"with requests.get(url, stream=True, timeout=60) as r:r.raise_for_status()with open(save_path, "wb") as f:for chunk in r.iter_content(chunk_size=1024*1024):f.write(chunk)print(f"✅ 下载完成: {os.path.basename(save_path)}")def main():os.makedirs(SAVE_DIR, exist_ok=True)day_range = (END_DT.date() - START_DT.date()).days + 1for delta_day in range(day_range):cur_date = START_DT.date() + timedelta(days=delta_day)print(f"正在扫描日期: {cur_date}")file_keys = get_nexrad_file_list(RADAR_ID, cur_date)print(f" 找到 {len(file_keys)} 个候选文件")for key in file_keys:f_dt = parse_file_time(key)if f_dt is None:continueif START_DT <= f_dt <= END_DT:fname = os.path.basename(key)save_path = os.path.join(SAVE_DIR, fname)if os.path.exists(save_path):print(f"⏭️ 文件已存在: {fname}")continuedownload_s3_file(key, save_path)if __name__ == "__main__":main()

直接读取下载的原始雷达文件(无扩展名但实为bz2压缩)
解析反射率、径向速度等关键字段
绘制指定仰角的PPI平面图
自动优化坐标、色标和标题
import osimport pyartimport matplotlib.pyplot as plt# ===================== 配置 =====================DATA_DIR = "./nexrad_level2_data"# ================================================def plot_radar_ppi(file_path):# 读取NEXRAD Level 2数据(直接读取,pyart自动处理压缩)radar = pyart.io.read(file_path)print("=" * 50)print("雷达站点:", radar.metadata["instrument_name"])print("观测时间:", radar.time["units"])print("可用观测字段:", list(radar.fields.keys()))print("扫描仰角数量:", radar.nsweeps)# 选取第一个仰角进行绘图sweep_idx = 0sweep_angle = radar.fixed_angle['data'][sweep_idx]# 创建画布plt.figure(figsize=(10, 9), dpi=120)display = pyart.graph.RadarDisplay(radar)# 绘制反射率PPI图display.plot(field="reflectivity",sweep=sweep_idx,vmin=-10, vmax=70,cmap="NWSRef",title=f"NEXRAD {radar.metadata['instrument_name']}\n"f"Reflectivity PPI | Elevation {sweep_angle:.2f}°")# 设置绘图范围为150kmdisplay.set_limits(xlim=(-150, 150), ylim=(-150, 150))plt.tight_layout()plt.show()def main():file_list = [f for f in os.listdir(DATA_DIR) if not os.path.isdir(os.path.join(DATA_DIR, f))]# 注意:下载的文件无扩展名,直接按文件名过滤即可if not file_list:print("❌ 未找到雷达数据文件,请先运行下载代码")returnfirst_file = os.path.join(DATA_DIR, file_list[0])plot_radar_ppi(first_file)if __name__ == "__main__":main()

import osimport pyartimport matplotlib.pyplot as pltimport numpy as np# ================== 配置参数 ==================DATA_DIR = "./nexrad_level2_data" # 数据目录SWEEP_IDX = 0 # 仰角索引(0为最低仰角)RANGE_KM = 150 # 显示半径(公里)OUTPUT_DIR = "." # 图片保存目录VALID_THRESHOLD = 5.0 # 有效数据占比阈值(%),低于此值跳过绘图# ============================================def check_field_validity(radar, field_name, sweep_idx):"""检查指定字段在指定仰角下的有效数据占比返回: (valid_ratio, data_slice)"""if field_name not in radar.fields:return 0.0, Nonesweep_slice = radar.get_slice(sweep_idx)data = radar.fields[field_name]['data'][sweep_slice]total = data.sizeif total == 0:return 0.0, Noneif hasattr(data, 'mask'):valid = (~data.mask).sum()else:valid = totalratio = 100.0 * valid / totalreturn ratio, sweep_slicedef plot_multi_field_ppi(file_path, sweep_idx=0, range_km=150, output_dir="."):"""绘制多参数 PPI 对比图并保存返回: bool, 是否成功生成图片"""fname = os.path.basename(file_path)try:radar = pyart.io.read(file_path)except Exception as e:print(f" ⚠️ 读取失败,跳过文件: {fname} | 错误: {str(e)[:80]}")return False# 站点信息和仰角site_name = radar.metadata.get('instrument_name', 'Unknown')if sweep_idx >= radar.nsweeps:print(f" ⚠️ 仰角索引 {sweep_idx} 超出范围 (共{radar.nsweeps}个),使用仰角0")sweep_idx = 0sweep_angle = radar.fixed_angle['data'][sweep_idx]# 定义想要绘制的字段(英文标签)fields_config = {'reflectivity': {'label': 'Reflectivity (dBZ)','vmin': -20, 'vmax': 70,'cmap': 'NWSRef',},'velocity': {'label': 'Radial Velocity (m/s)','vmin': -30, 'vmax': 30,'cmap': 'NWSVel',},'spectrum_width': {'label': 'Spectrum Width (m/s)','vmin': 0, 'vmax': 10,'cmap': 'NWS_SPW',},'differential_reflectivity': {'label': 'Differential Reflectivity ZDR (dB)','vmin': -2, 'vmax': 6,'cmap': 'RefDiff',}}# 筛选出文件中存在且有效数据占比大于阈值的字段available_fields = []for field in fields_config:ratio, _ = check_field_validity(radar, field, sweep_idx)if ratio >= VALID_THRESHOLD:available_fields.append(field)elif field in radar.fields:print(f" ⚠️ 字段 {field} 有效数据占比 {ratio:.1f}% < {VALID_THRESHOLD}%,跳过绘制")else:print(f" ⚠️ 字段 {field} 不存在,跳过")if not available_fields:print(f" ❌ 无有效字段可绘制,跳过 {fname}")return Falsen = len(available_fields)fig, axes = plt.subplots(1, n, figsize=(5 * n, 5))if n == 1:axes = [axes]for ax, field_name in zip(axes, available_fields):cfg = fields_config[field_name]display = pyart.graph.RadarDisplay(radar)try:# 绘制 PPIdisplay.plot_ppi(field_name, sweep=sweep_idx,vmin=cfg['vmin'], vmax=cfg['vmax'],cmap=cfg['cmap'], ax=ax,colorbar_flag=True,title_flag=False)# 设置显示范围display.set_limits(xlim=(-range_km, range_km), ylim=(-range_km, range_km), ax=ax)ax.set_title(cfg['label'], fontsize=12)# 添加仰角信息ax.text(0.02, 0.95, f"Elev {sweep_angle:.1f}°",transform=ax.transAxes, fontsize=9,verticalalignment='top', bbox=dict(facecolor='white', alpha=0.7))except Exception as e:print(f" ⚠️ 绘制 {field_name} 失败: {e}")ax.text(0.5, 0.5, f"{field_name}\nplot error", ha='center', transform=ax.transAxes)ax.set_title(cfg['label'], fontsize=12)# 总标题fig.suptitle(f"NEXRAD {site_name} | Multi-Parameter PPI (sweep {sweep_idx})", fontsize=14, y=1.02)plt.tight_layout()# 保存图片base = os.path.splitext(fname)[0]out_filename = f"{base}_sweep{sweep_idx:02d}_multi.png"out_path = os.path.join(output_dir, out_filename)plt.savefig(out_path, dpi=150, bbox_inches='tight')print(f" ✅ 已保存: {out_path}")plt.close(fig)return Truedef main():if not os.path.exists(DATA_DIR):print(f"错误:数据目录 {DATA_DIR} 不存在,请先下载数据。")returnfiles = [f for f in os.listdir(DATA_DIR)if os.path.isfile(os.path.join(DATA_DIR, f))]if not files:print(f"错误:数据目录 {DATA_DIR} 为空。")returnprint(f"找到 {len(files)} 个文件,开始处理...\n")for idx, fname in enumerate(files, 1):print(f"[{idx}/{len(files)}] 处理: {fname}")full_path = os.path.join(DATA_DIR, fname)plot_multi_field_ppi(full_path, sweep_idx=SWEEP_IDX,range_km=RANGE_KM, output_dir=OUTPUT_DIR)print()print("所有文件处理完毕。")if __name__ == "__main__":main()

NoCredentialsError | config=Config(signature_version=UNSIGNED) | |
日期/雷达站ID/ 格式,见第五章 | ||
parse_file_time 函数 | ||
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