Variablen und deren Attribute

Der Variablenname in der netCDF-Datei ist im Prinzip frei wählbar (unter Beachtung der Anmerkungen in Kapitel 2.2), die Variable muss jedoch über die entsprechenden attributes (s. Tabelle in 4.2) beschrieben werden. In vielen Communities haben sich Standards für diese Namen etabliert wie z.B. die mehrfach angesprochene P09-Datenbank 8.

Es gibt verpflichtende und optionale Attribute.

Datentypen

Es werden nur netCDF data types char, byte, short, float, real, double akzeptiert.

Verpflichtende Attribute

Zu jeder Variable müssen Angaben zur Einheit (units) sowie zur Definition (standard_name9 bzw. long_name) gemacht werden. In seltenen Spezialfällen ist es nicht sinnvoll, einen standard_name zu beantragen. Nur dann ist das attribute long_name verpflichtend und der long_name sollte wie ein Standardname konstruiert werden.

Example

(dimensionslose Größe, standard_name existiert, long_name frei wählbar)

double Salinity(levels) ;
    Salinity:units = " 1e-3 " ;
    Salinity:standard_name = "sea_water_salinity" ;
    Salinity:long_name = "salinity from SeaBird CTD" ;

Wenn der passende Standard Name Modifier nicht in der Tabelle eingetragen ist, muss er anlog zum standard_name bei cf-metadata beantragt werden (siehe standard_name9).

8: http://seadatanet.maris2.nl/v_bodc_vocab_v2/browse.asp?order=conceptid&formname=search&screen=0&lib=p09&v1_0=conceptid%2Cpreflabel%2Caltlabel%2Cdefinition%2Cmodified&v2_0=0&v0_1=&v1_1=conceptid&v2_1=3&v0_2=&v1_2=preflabel&v2_2=3&v0_3=&v1_3=altlabel&v2_3=3&v0_4=&v1_4=modified&v2_4=9&v0_5=&v1_5=modified&v2_5=10&v1_6=&v2_6=&v1_7=&v2_7=
9(1,2): Existiert dieser bisher in der cf-conventions Tabelle nicht, sollte er beantragt werden. Weitere Infos zu Standardnamen und deren Beantragung bei Beate Geyer und https://github.com/cf-convention/discuss/.

Attribute

Description/Format

Specification/Example

units

„string“, wenn möglich, SI-Einheit verwenden

Gilt auch für dimensionslose, dann vorgegebenes Format:

"1", "1e±2", "1e±3", "1e±6", … "1e±24"

'm'
'1'

standard_name

Der standard_name ist aus http://cfconventions.org/standard-names.html zu entnehmen. Im Falle von ancillary variables sind Standard Name Modifiers (z.B. status_flag) zu verwenden.

sea_water_salinity

long_name

beliebiger Text

Wenn kein standard_name existiert, dann sollte der long_name wie ein Standardname konstruiert sein.

Salinity from Seabird CTD

Optionale Attribute

Die optionalen Attribute sollen die Beschreibung der Variable sinnvoll ergänzen.

Attribute	Description/Format	Specification/Example
_FillValue	Default Gridwert, wird in vielen Visualisierungen transparent	-32768.f Hinweis: zur Verwendung in ncWMS2 nicht den Wert NaN verwenden
comment	beliebiger Text	3 out of 4 HPBL estimates agree with the given range
coordinates	Verwendung bei Daten in anderen Projektionen als WGS84; die Variablen `lon` und `lat` müssen in der Datei enthalten sein	lon lat lon lat height_10m
grid_mapping	Verweist auf die verwendete Projektion, siehe http://cfconventions.org/Data/cf-conventions/cf-conventions-1.9/cf-conventions.html#appendix-grid-mappings	rotated_pole
cell_methods	z.B. im Falle von nicht instantanen Daten, ist die Art der Aggregierung anzugeben. Dies erfordert für die Variable time das attribute time_bnds, in der Anfangs- und Endzeitpunkt der Aggregierung angegeben werden.	time: mean

Beispiel für die Verwendung des Attributs cell_methods:

dimensions:
        time = UNLIMITED ; // (744 currently)
        bnds = 2 ;
        rlon = 234 ;
        rlat = 228 ;
variables:
    double time(time) ;
        time:standard_name = "time" ;
        time:long_name = "time" ;
        time:units = "seconds since 1948-01-01 00:00:00" ;
        time:bounds = "time_bnds" ;
    double time_bnds(time, bnds) ;
        time_bnds:long_name = "time bounds" ;
        time_bnds:units = "seconds since 1948-01-01 00:00:00" ;
    float TOT_PREC(time, rlat, rlon) ;
        TOT_PREC:standard_name = "precipitation_amount" ;
        TOT_PREC:long_name = "total precipitation amount" ;
        TOT_PREC:units = "kg m-2" ;
        TOT_PREC:cell_methods = "time: sum" ;

Umgang mit fehlenden Daten

Fehlende Werte im Datensatz werden nur durch das attribute _FillValue angezeigt.

Der value von _FillValue kann NaN oder NaN.f (bei float) gesetzt werden. In manchen Fällen hat man sich auf andere Werte zur Benennung der aus technischen Gründen fehlenden Werte geeinigt (-1.0E20 ist ein oft verwendeter Standard). Die Verwendung eines tatsächlichen Wertes hat den Vorteil, dass in Visualisierungen wie ncWMS die Pixel mit dem Wert von _FillValue transparent dargestellt werden. Dateien mit einem _FillValue = NaN können nicht für ncWMS2 verwendet werden, da ncwms2 dieses nicht mehr unterstützt (vgl. Abschnitt Datentypen).

Koordinaten

Koordinaten sind die Variablen zu einer Dimension. Da die richtige Angabe der Koordinaten von immenser Wichtigkeit ist, die Erläuterungen hier aber allgemein gehalten sind, finden sich im Anhang verschiedene Beispiele aus Datensätzen des Hereons für Koordinatenangaben.

Den geografischen Längen- und Breitengraden zugeordneten Dimensionen sollen Indices von West nach Ost bzw. Süd nach Nord aufsteigend zugeordnet werden.

Geographische Breite

Der Variablenname ist lat und das Format float.
Das attribute units ist degrees_north 11.
Das attribute standard_name ist latitude.
Das attribute axis (optional) erhält den value Y.
Bei transformierten Gittern (z.B. Koordinatensystemen mit rotierten Polen) wird als units nur degrees verwendet.

Beispiel

dimensions:
    lon = 69 ;
    lat = 64 ;
float lat(lat);
    lat:units = "degrees_north" ;
    lat:standard_name = "latitude" ;

11(1,2): http://cfconventions.org/cf-conventions/cf-conventions.html#_independent_latitude_longitude_vertical_and_time_axes

Geographische Länge

Der Variablenname ist lon und das Format float.
Das attribute units ist degree_east. 11
Das attribute standard_name ist longitude.
Das attribute axis (optional) erhält den value X.
Bei transformierten Gittern (z.B. Koordinatensystemen mit rotierten Polen) wird als units nur degrees verwendet.

Beispiel

dimensions:: lon = 69 ; lat = 64 ;
float lon(lon);: lon:units = „degrees_east“ ; lon:standard_name = „longitude“ ;

Höhen- und Tiefenangaben (vertical coordinates)

Das attribute positive ist obligatorisch, da häufig Uneinigkeit über die Richtung der Vertikalkoordinate besteht.
Die Richtung aufsteigender Koordinatenwerte ist mit dem attribute positive und den möglichen values up oder down zu versehen.

Beispiele

Allgemein

axis_name:units = "m" ;
axis_name:positive = "down" ;

Pressure

double Pressure(levels) ;
    Pressure:units = "dbar" ;
    Pressure:standard_name = "sea_water_pressure" ;
    Pressure:positive = "down" ;

Hier liegt der Koordinatenursprung an der Meeresoberfläche; Druck nimmt mit Tiefe zu.

Altimeter

double Altimeter(levels) ;
    Altimeter:units = "m" ;
    Altimeter:positive = "up" ;
    Altimeter: standard_name = "height_above_sea_floor" ;
    Altimeter:long_name = "distance to bottom" ;

Hier liegt der Koordinatenursprung am Boden. Der Wert nimmt zu, wenn man sich der Meeresoberfläche nähert.

Depth

double Depth(levels) ;
Depth:units = "m" ;
Depth:positive = "down" ;
Depth:long_name = "water depth relative to sea surface" ;
Depth:standard_name = "depth" ;

Hier liegt der Koordinatenursprung an der Meeresoberfläche.

2D variable with depth

double time(time) ;
    time:standard_name = "time" ;
    time:long_name = "time" ;
    time:units = "seconds since 1979-01-01 00:00:00" ;
float rlon(rlon) ;
    rlon:standard_name = "grid_longitude" ;
    rlon:long_name = "rotated longitude" ;
    rlon:units = "degrees" ;
float rlat(rlat) ;
    rlat:standard_name = "grid_latitude" ;
    rlat:long_name = "rotated latitude" ;
    rlat:units = "degrees" ;
float height_2m ;
    height_2m:standard_name = "height" ;
    height_2m:long_name = "height above the surface" ;
    height_2m:units = "m" ;
    height_2m:positive = "up" ;
float T_2M(time, rlat, rlon) ;
    T_2M:standard_name = "air_temperature" ;
    T_2M:long_name = "2m temperature" ;
    T_2M:units = "K" ;
    T_2M:coordinates = "lon lat height_2m" ;

Obwohl die Temperatur in 2 m Höhe über Grund angegeben wird, gibt es dafür keine eigene dimension.

Zeit-Koordinate (time)

Der value von units für die Zeitkoordinate time ist, z.B.

"days since YYYY-MM-DD HH:mm:SS" oder
entsprechende Formulierungen 13

Eine Zeitzonenangabe erfolgt nicht! Damit ist UTC automatisch als Zeitkoordinate festgelegt.

Als type möglichst double verwenden, sonst besteht die Gefahr, dass Sekunden nicht mehr aufgelöst werden.

Das attribute calendar sollte auf proleptic-gregorian oder standard gesetzt sein. Im Falle von Vereinfachungen, wie Rechnungen ohne Schaltjahr oder nur Monaten mit 30 Tagen, wird diesen durch das entsprechende Kalender-Attribut Rechnung getragen: noleap bzw. 360_day.

Beispiel

dimensions:
        time = UNLIMITED ; // (744 currently)
variables:
    double time(time) ;
        time:standard_name = "time" ;
        time:long_name = "time" ;
        time:calendar = "proleptic_gregorian" ;

13: weitere Erläuterungen: http://cfconventions.org/cf-conventions/cf-conventions.html#time-coordinate

Quality Flags

In der Regel wird man Quality Flags nur bei Beobachtungsdaten verwenden. Das Fernziel in Bezug auf Qualität ist die Abschätzung und Angabe eines Fehlers. Dies könnte dann auch für Modelloutput gelten.

Die folgenden Vorschriften von OceanSites 14 sind für Daten verbindlich, die für den Copernicus Marine Environment Monitoring Service vorgesehen sind und dort auch verwaltet werden.

Wenn möglich, sollten Beobachtungsdaten immer mit Quality Flags angegeben werden. Diese Quality Flags geben für jeden Datenpunkt an, ob dieser Datenpunkt über eine Qualitätskontrolle abgesichert wurde und wie das Ergebnis dieser Qualitätskontrolle war. Das Quality Flag gibt keine Auskunft darüber, ob der Datenpunkt nahe bei der Realität liegt.

In der netCDF-Datei eignet sich als Quality Flag eine zusätzlich Variable, die den gleichen Namen hat wie die Variable, für die die Qualitätsangabe gilt, aber mit einem angehängten String „_QC“ (OceanSITES) bzw. „_qc“ (CF-conventions, vgl. Kapitel Flags 15). „QC“ steht für Quality Control des jeweiligen Parameters. Beispielnamen sind TIME_QC, POSITION_QC oder TEMP_QC. Für die Attribute dieser Variablen gilt:

conventions = "OceanSITES reference table 2" ;
long_name = "quality flag" ;
_FillValue = -128b ;
valid_min = 0b ;
valid_max = 9b ;
flag_values = "0, 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9" ;
flag_meanings = "no_qc_performed good_data probably_good_data
bad_data_that_are_potentially_correctable bad_data value_changed
not_used nominal_value interpolated_value missing_value" ;

In der Datenvariablen wird auf das Quality Flag mittels des Attributs ancillary_variable hingewiesen.

Beispiel

float PSAL(TIME, DEPTH) ;
    PSAL:units = "1e-3" ;
    PSAL:standard_name = "sea_water_practical_salinity" ;
    PSAL:_FillValue = -999.f ;
    PSAL:DM_indicator = "R" ;
    PSAL:ancillary_variables = "PSAL_QC" ;
    PSAL:valid_min = 0 ;
    PSAL:valid_max = 40 ;
    PSAL:long_name = "Practical salinity" ;
    PSAL:cell_methods = "TIME:point DEPTH:point LATITUDE:point LONGITUDE:point" ;
byte PSAL_QC(TIME, DEPTH) ;
    PSAL_QC:flag_values = "0, 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9" ;
    PSAL_QC:flag_meanings = "no_qc_performed good_data probably_good_data bad_data_that_are_potentially_correctable bad_data value_changed not_used nominal_value interpolated_value missing_value" ;
    PSAL_QC:_FillValue = -128b ;
    PSAL_QC:long_name = "quality flag" ;
    PSAL_QC:conventions = "OceanSITES reference table 2" ;
    PSAL_QC:valid_min = 0b ;
    PSAL_QC:valid_max = 9b ;
byte current_speed_qc(time, depth, lat, lon) ;
    current_speed_qc:long_name = "Current Speed Quality" ;
    current_speed_qc:standard_name = "status_flag" ;
    current_speed_qc:_FillValue = -128b ;
    current_speed_qc:valid_range = 0b, 2b ;
    current_speed_qc:flag_values = 0b, 1b, 2b ;
    current_speed_qc:flag_meanings = "quality_good sensor_nonfunctional outside_valid_range" ;

14: http://www.oceansites.org/docs/oceansites_data_format_reference_manual.pdf
15: http://cfconventions.org/cf-conventions/cf-conventions.html#flags