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{{noteTA|G1=IT}}
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'''网络通用数据格式'''（{{langx|en|Network Common Data Form}}，'''netCDF'''）是一种自描述、与机器无关、基于[[阵列编程|阵列]]的科学数据格式，同时也是支持创建、访问和共享这一数据格式的[[函式庫|函式库]]。该项目主页位于美国[[大气科学研究大学联盟]]（UCAR）的Unidata规划网站。它也是netCDF软件、标准开发、更新等的主要来源。netCDF格式是一种开放标准。

netCDF项目开始于1989年，UCAR目前对其积极支持，在新发行版中改进性能、增加功能并修正缺陷，当前版本系列是netCDF-4。netCDF的经典格式（CDF-1）和64位偏移量格式（CDF-2），是[[开放地理空间协会]]采用的国际标准<ref>{{Cite web|url = http://www.opengeospatial.org/standards/netcdf|title = OGC network Common Data Form (netCDF) standards suite|publisher = Opengeospatial.org|date = |accessdate = 2013-11-27|archive-date = 2017-11-30|archive-url = https://web.archive.org/web/20171130022138/http://www.opengeospatial.org/standards/netcdf}}</ref>。

==历史==
1985年[[美国国家航空航天局]]（NASA）的国家空间科学数据中心（NSSDC），设计并开发了[[通用数据格式]]（CDF），CDF最初是用FORTRAN写成，并只能在[[VAX]]/[[OpenVMS|VMS]]环境下获得<ref>{{Cite web |url=https://cdf.gsfc.nasa.gov/html/FAQ.html |title=What are the differences between CDF and netCDF, and CDF and HDF? |accessdate=2019-06-08 |archive-date=2018-06-19 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180619212258/https://cdf.gsfc.nasa.gov/html/faq.html |dead-url=no }}</ref>。Unidata在1987年8月成立了关于CDF的工作组，提议探索与NASA协作，扩展CDF的FORTRAN接口，定义C接口，并允许用一个单一调用访问数据聚集，同时要维持与现存NASA接口兼容的可能性。在1988年早些时候，Unidata的Glenn Davis用C开发了原型netCDF包，它位于[[计算机网络|网络]][[表示层]][[外部数据表示法|XDR]]格式的上层<ref>{{cite web|url=https://docs.unidata.ucar.edu/nug/current/file_structure_and_performance.html#xdr_layer|title=NetCDF Users Guide — The Extended XDR Layer|access-date=2023-10-09|archive-date=2023-10-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20231010004437/https://docs.unidata.ucar.edu/nug/current/file_structure_and_performance.html#xdr_layer|dead-url=no}}</ref>，而结果的程序可以在[[UNIX]]和[[OpenVMS|VMS]]系统二者上实现。NASA的CDF和Unidata的netCDF从此独立发展，但新近的CDF版本与netCDF共享了很多特征。<ref name="history">{{Cite web|url = https://docs.unidata.ucar.edu/nug/current/netcdf_data_set_components.html#background|title = NetCDF Users Guide — Background and Evolution of the NetCDF Interface|access-date = 2023-10-09|archive-date = 2023-10-10|archive-url = https://web.archive.org/web/20231010004351/https://docs.unidata.ucar.edu/nug/current/netcdf_data_set_components.html#background|dead-url = no}}</ref>

1991年Unidata发布了netCDF版本2.0，1997年发布了版本3.3。2003年7月[[美国能源部]]的[[阿贡国家实验室|阿贡]][[美国能源部国家实验室|国家实验室]]和[[西北大学 (伊利诺伊州)|西北大学]]，贡献了叫做并行netCDF（或称PnetCDF）的一个netCDF[[并行计算]]扩展<ref>{{cite web|url=https://parallel-netcdf.github.io/|title=PnetCDF: A Parallel I/O Library for NetCDF File Access|access-date=2019-06-05|archive-date=2019-06-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20190605044000/https://parallel-netcdf.github.io/|dead-url=no}}</ref>。2004年在NASA的资助下，Unidata与美国[[国家超级电脑应用中心|国家超级计算应用中心]]（NCSA），开始合作增进netCDF和[[HDF5]]的互操作性。2008年Unidata发布了版本4.0，允许使用[[HDF|HDF5]]数据文件格式。同时发布了版本3.6.3，它与版本4.0是同样的代码但关掉了netcdf-4特征，目前netCDF-3库仍然在世界各地被广泛使用。2010年Unidata发布了版本4.1.1，增加了对C和Fortran客户端通过{{le|OPeNDAP|OPeNDAP}}访问远程数据的特定子集的支持，并使用PnetCDF扩展库，支持在netCDF经典格式（CDF-1、CDF-2和CDF-5）上的并行I/O。<ref name="history" />

==格式描述==
netCDF库支持多种不同的二进制格式的netCDF文件<ref>{{cite web|url=https://docs.unidata.ucar.edu/nug/current/netcdf_introduction.html|title=NetCDF Users Guide — The netCDF File Format|access-date=2023-10-09|archive-date=2023-10-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20231010004341/https://docs.unidata.ucar.edu/nug/current/netcdf_introduction.html|dead-url=no}}</ref>：
* CDF-1，在最初netCDF发行中使用的经典格式，它仍是文件建立的缺省格式。
* CDF-2，在版本3.6.0中介入的64-bit偏移量格式，它支持更大的变量和文件大小。
* netCDF-4/HDF5，在版本4.0中介入的格式，它是带有一些限制的HDF5数据格式<ref>{{cite web|url=https://docs.unidata.ucar.edu/netcdf-c/current/file_format_specifications.html#netcdf_4_spec|title=NetCDF documentation — The NetCDF-4 Format|access-date=2023-10-09|archive-date=2023-10-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20231008060417/https://docs.unidata.ucar.edu/netcdf-c/current/file_format_specifications.html#netcdf_4_spec|dead-url=no}}</ref>。
* HDF4 SD，在版本4.1中开始支持对这个格式的只读访问。
* CDF-5，由PnetCDF扩展库在CDF-2基础之上规定的格式<ref>[http://cucis.ece.northwestern.edu/projects/PnetCDF/CDF-5.html CDF-5 file format specification] {{Wayback|url=http://cucis.ece.northwestern.edu/projects/PnetCDF/CDF-5.html |date=20190717065650 }}.</ref>，集成入了netCDF库版本4.4.0中。

所有格式都是“[[元数据|自描述]]的”。这意味其中有一个[[信头|头部]]，它描述文件余下部分的格局，特别是[[阵列编程|阵列]]数据，连同以名称/值[[特性 (计算机科学)|特性]]形式的任意文件元数据。这个格式是[[跨平台]]的，涉及的问题如[[字节序]]在[[软件库]]中解决。数据以允许有效率的{{le|子集化|Subsetting}}的方式来存储。

起始于版本4.0，netCDF API允许使用[[HDF5]]数据格式。netCDF用户可以建立HDF5文件从而获得netCDF格式不具备的利益，比如更大的文件和多重无限制的维度。

完全后向兼容，可访问旧有netCDF文件并支持以前版本的C和Fortran API。

==软件==
netCDF常用于[[气候学]]、[[气象学]]和[[海洋学]]应用，如[[天气预报]]、[[气候变化]]；也用于[[地理信息系统]]应用，是很多GIS应用的输入/输出格式；并用于通用科学数据交换。从它的站点引述如下<ref>{{cite web|url=https://docs.unidata.ucar.edu/netcdf-c/current/faq.html#What-Is-netCDF|title=What Is netCDF?|access-date=2023-10-09|archive-date=2023-10-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20231010225004/https://docs.unidata.ucar.edu/netcdf-c/current/faq.html#What-Is-netCDF|dead-url=no}}</ref>：netCDF（网络公用数据格式）是用于面向[[阵列编程|阵列]]数据访问的一组接口，和针对C、Fortran、C++、Java和其他语言的一套自由发行的数据访问库。netCDF库支持用来表示科学数据的一种机器无关格式。接口、库和格式一起支持建立、访问和共享科学数据。

===访问库===
UCAR发布的软件库提供了对netCDF文件的读写访问，编码和解码所需的[[阵列编程|阵列]]和元数据。核心库是用[[C语言|C]]编写的，并为C或[[C++]]应用提供[[应用程序接口|API]]，为[[Fortran]]应用提供了两个API，一个给[[Fortran 77]]，一个给[[Fortran 90]]。Unidata还开发维护一个独立实现，使用100% [[Java]]写成，它扩展了核心数据模型并增加了额外的功能。其他编程语言基于netCDF的C库也能获得至其API的接口，这包括[[R语言|R]]、{{le|Perl数据语言|Perl Data Language}}、[[Python]]、[[Ruby]]、[[Haskell]]<ref>{{cite web |url=http://hackage.haskell.org/package/hnetcdf |title=hnetcdf: Haskell NetCDF library |publisher=hackage.haskell.org |date=2014-07-10 |access-date=2014-07-10 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140709080200/http://hackage.haskell.org/package/hnetcdf |archive-date=2014-07-09 |dead-url=no |df= }}</ref>、[[Mathematica]]、[[MATLAB]]、[[IDL (编程语言)|IDL]]和[[GNU Octave|Octave]]。API调用规定在不同语言间非常类似，当然会有着不可避免的不同语法。不同版本的API调用是后向兼容的。应用编程者使用支持这个库的语言，在正常情况下不需要关心文件结构自身，即使它作为开放格式是可以获知的。
* [[Python]]语言通过模块访问netCDF文件，可以用Unidata官方发行的<code>netCDF4-python</code><ref>{{Cite web |url=https://unidata.github.io/netcdf4-python/ |title=netcdf4-python is a Python interface to the netCDF C library |access-date=2017-12-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20171129043927/http://unidata.github.io/netcdf4-python/ |archive-date=2017-11-29 |dead-url=no |df= }}</ref>，此外，读写netCDF-4格式可用h5netcdf<ref>{{cite web|url=https://github.com/h5netcdf/h5netcdf|title=h5netcdf — A Python interface for the netCDF4 file-format that reads and writes local or remote HDF5 files directly via h5py or h5pyd, without relying on the Unidata netCDF library.|access-date=2023-10-08|archive-date=2023-10-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20231010004336/https://github.com/h5netcdf/h5netcdf|dead-url=no}}</ref>；读写其他netCDF格式可用[[SciPy]]。<code>xarray</code>模块可将netCDF导入导出于[[pandas]]的<code>DataFrame</code>对象<ref>{{Cite web |url=http://xarray.pydata.org/en/stable/ |title=xarray: N-D labeled arrays and datasets in Python |access-date=2016-09-07 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160901231759/http://xarray.pydata.org/en/stable/ |archive-date=2016-09-01 |dead-url=no |df= }}</ref>；cfgrib是[[ECMWF]]发行的使用ecCodes并遵从{{le|气候和预报元数据约定|Climate and Forecast Metadata Conventions|CF}}约定，将[[GRIB]]映射到NetCDF通用数据模型的接口<ref>{{cite web|url=https://github.com/ecmwf/cfgrib|title=cfgrib: A Python interface to map GRIB files to the NetCDF Common Data Model following the CF Convention using ecCodes|access-date=2023-10-08|archive-date=2023-10-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20231012210853/https://github.com/ecmwf/cfgrib|dead-url=no}}</ref>。[[美国国家大气研究中心|NCAR]]的PyNIO模块支持多种netCDF格式，它的开发已经停止而进入维护状态<ref>{{cite web |url=http://www.pyngl.ucar.edu/Nio.shtml |title=PyNIO |publisher=Pyngl.ucar.edu |date=2011-07-28 |accessdate=2013-11-27 |archive-url=https://web.archive.org/web/20131125054733/http://www.pyngl.ucar.edu/Nio.shtml |archive-date=2013-11-25 |dead-url=no |df= }}</ref>。
* [[R语言]]通过包来支持netCDF，包括还支持HDF5的ncdf4<ref>David Pierce (2014). ncdf4: Interface to Unidata netCDF (version ) format data files. R package version 1.13. https://cran.r-project.org/package=ncdf4 {{Wayback|url=https://cran.r-project.org/package=ncdf4 |date=20191018214605 }}</ref>，和不支持HDF5的RNetCDF<ref>Pavel Michna and with contributions from Milton Woods (2015). RNetCDF: Interface to NetCDF Datasets. R package version 1.7-3. https://cran.r-project.org/package=RNetCDF</ref>。

===应用===
现在已经出产了范围广泛的使用netCDF文件的应用程序。它们的范围从[[命令行]]实用程序到图形[[信息图形|可视化]]包。下面列出其中一小部分，而更长的列表可见于UCAR网站列表<ref>{{cite web |author=russ |url=http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/software.html |title=List of software utilities using netCDF files |publisher=Unidata.ucar.edu |date=1990-01-01 |accessdate=2013-11-27 |archive-url=https://web.archive.org/web/20131202221858/http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/software.html |archive-date=2013-12-02 |dead-url=yes |df= }}</ref>：
* netCDF算子（NCO）<ref>[http://nco.sourceforge.net/ NCO]{{Wayback|url=http://nco.sourceforge.net/ |date=20190616180957 }}</ref>，这个套件是针对netCDF文件的常用[[Unix]]命令行实用工具集，它提供一套命令来操纵和分析netCDF文件，包括基本记录[[串接]]、{{le|数组分片|Array slicing}}和[[平均]]。
* ncview<ref>[http://meteora.ucsd.edu/~pierce/ncview_home_page.html ncview]{{Wayback|url=http://meteora.ucsd.edu/~pierce/ncview_home_page.html |date=20140212143204 }}</ref>，它是netCDF格式文件的可视浏览器。这个程序是可视化在netCDF文件中的场的简单、快速、基于GUI的工具。
* NCAR命令语言（NCL）<ref>[http://www.ncl.ucar.edu NCAR命令语言]{{Wayback|url=http://www.ncl.ucar.edu/ |date=20040507113409 }}</ref>，它可用来分析和可视化netCDF中的数据（还支持其他格式）。
* [[GrADS|网格分析和显示系统]]（GrADS），它是交互式桌面工具，用来容易的访问、操纵和可视化地球科学数据。
*[[GDAL|地理数据抽象库]]（GDAL）<ref>[https://gdal.org/ GDAL]{{Wayback|url=https://gdal.org/ |date=20190617132628 }}</ref>，它提供对netCDF数据的读写访问支持<ref>{{cite web |url=http://www.gdal.org/frmt_netcdf.html |title=NetCDF network Common Data Form |publisher=Gdal.org |date= |accessdate=2013-11-27 |archive-url=https://web.archive.org/web/20130606071318/http://www.gdal.org/frmt_netcdf.html |archive-date=2013-06-06 |dead-url=no |df= }}</ref>。
* Panoply<ref>[http://www.giss.nasa.gov/tools/panoply/ Panoply]{{Wayback|url=http://www.giss.nasa.gov/tools/panoply/ |date=20140620075427 }}</ref>，它是netCDF文件查看器，它关注地理网格数据的表示。它是用[[Java]]写成因而跨平台。
* [[欧洲中期天气预报中心|ECMWF]]的[[Metview]]<ref>[https://confluence.ecmwf.int/display/METV Metview]{{Wayback|url=https://confluence.ecmwf.int/display/METV |date=20190601091015 }}</ref>，这个工作站和批处理系统可以处理netCDF和[[GRIB]]及[[BUFR]]。
*Ferret<ref>[https://ferret.pmel.noaa.gov/Ferret/ Ferret]{{Wayback|url=https://ferret.pmel.noaa.gov/Ferret/ |date=20190618061626 }}</ref>，它是交互式计算机可视化和分析环境，设计用来满足海洋学者和气象学者分析巨大而且复杂的网格数据。
* HDFql<ref>[http://www.hdfql.com HDFql]{{Wayback|url=http://www.hdfql.com/ |date=20190916005018 }}</ref>，它使用户能在C、C++、Java、Python、C#、Fortran和R语言中通过高层语言（类似SQL）来管理netCDF-4/HDF5文件。

==元数据约定==
{{Main article|{{le|气候和预报元数据约定|Climate and Forecast Metadata Conventions}}}}
气候和预报（CF）约定是对[[地球科学]]数据的元数据约定，意图用于促进处理和共享通过netCDF应用编程接口（API）建立的文件。CF约定于2003年建立，普遍化并扩展了早期的协作[[海|海洋]]/[[地球大气层|大气]]研究数据服务（COARDS）约定<ref>[https://ferret.pmel.noaa.gov/Ferret/documentation/coards-netcdf-conventions COARDS]{{Wayback|url=https://ferret.pmel.noaa.gov/Ferret/documentation/coards-netcdf-conventions |date=20190618060254 }}</ref>和对[[气候]]数据的Gregory/Drach/Tett（GDT）约定<ref>[https://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/conventions.html NetCDF Conventions] {{Wayback|url=https://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/conventions.html |date=20190618062911 }}.</ref>。CF约定定义了与数据包含在同一个文件中的元数据，从而使得文件“自我描述”，提供对在每个变量中的数据表示的是什么的确切描述，和数据的[[空间]]的和[[时间]]的属性的确切描述，包括关于网格的信息，比如网格单元边界和单元平均方法。这使得能够使用来自不同来源的数据，确定哪些数据是可比较的，并允许建造有着强力的提取、重新插值和显示能力的应用。Unidata 在2007年至2011年开发了LibCF库<ref>[https://www.unidata.ucar.edu/software/libcf/html/ LibCF库]{{Wayback|url=https://www.unidata.ucar.edu/software/libcf/html/ |date=20150228215352 }}</ref>。

==并行netCDF==
并行netCDF扩展包建造在[[MPI-IO]]之上，它是对[[消息传递接口|MPI]]的[[I/O]]扩展。使用高层netCDF数据结构，并行netCDF库可以进行优化而在多处理器间高效分配文件读和写应用。并行netCDF包只可以读/写经典和64-bit偏移量格式。并行netCDF不能读或写在netCDF-4.0中可获得的基于HDF5的格式。并行netCDF包使用不同但类似的Fortran和C的API。

在Unidata netCDF库中自从版本4.0已经支持对HDF5数据文件的并行I/O。Unidata netCDF C库自从版本4.1.1使用并行netCDF库支持对经典和64-bit偏移量文件的并行 I/O，但使用netCDF API。

==与其他格式库的互操作性==
netCDF C库，和基于它的库：Fortran 77和Fortran 90、C++和所有第三方库，自从版本4.1.1开始可以读一些其他数据格式的数据。[[HDF5]]格式的数据可以读取，但有一些限制<ref>{{cite web|url=https://docs.unidata.ucar.edu/nug/current/file_structure_and_performance.html#interoperability_with_hdf5|title=NetCDF Users Guide — Interoperability with HDF5|access-date=2023-10-09|archive-date=2023-10-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20231010004437/https://docs.unidata.ucar.edu/nug/current/file_structure_and_performance.html#interoperability_with_hdf5|dead-url=no}}</ref>。使用HDF4科学数据（SD）API建立的[[HDF4]]格式的数据，可以用netCDF C库读取。

==netCDF-Java通用数据模型==
netCDF-Java库目前已经能够读取很多文件格式和远程访问协议，并且正在开发对一些其他的格式的支持。因为这些都是通过netCDF API透明的进行访问，netCDF-Java库被称为实现了科学数据集的“通用数据模型”。

==参见==
* [[通用数据格式]] (CDF)
* [[CGNS]] ([[计算流体力学|CFD]] General Notation System)
* {{le|EAS3}} (Ein-Ausgabe-System)
* [[FITS]] (Flexible Image Transport System)
* [[GRIB]] (GRIdded Binary)
* [[层级数据格式]]（HDF）

* {{le|OPeNDAP}} 客户-服务器协议
* {{le|Tecplot}} 二进制文件
* {{le|XMDF}} (eXtensible Model Data Format)

== 引用 ==
{{Reflist|2}}

==外部链接==
* {{Official website}}
*[https://cf-convention.github.io/ CF Metadata Home Page]{{Wayback|url=https://cf-convention.github.io/ |date=20140419234243 }}
*[https://parallel-netcdf.github.io/ PnetCDF: A Parallel I/O Library for NetCDF File Access]{{Wayback|url=https://parallel-netcdf.github.io/ |date=20190605044000 }}
* [http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf-java/ netCDF-Java project]{{Wayback|url=http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf-java/ |date=20080509084529 }} at UCAR

[[Category:文件格式]]
[[Category:地球科学数据格式]]
[[Category:氣象數據和網絡]]
[[Category:地球科學圖形軟體]]

NetCDF - 版本历史

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