（计算机应用技术专业论文）古气候环境科技资源共享平台研究与开发.pdf

摘要 论文题目：古气候环境科技资源共享平台研究与开发 学科专业：计算机应用技术 研究生：杨欣签名：堑焦 指导老师：张璨教授签名：! 丝重量 摘要 气候环境与人类的生存与发展息息相关，古气候环境学作为气候科学的重要分支为研究 当今以及未来的气候变化提供科学依据。古气候环境科技资源数量巨大，且各研究机构采用 的数据处理及信息系统种类繁多，数据格式不同，造成了各古气候环境信息系统间数据共享 困难，数据兼容通用性差，数据使用效率低等问题。因此，建立一个古气候环境科技资源共 享平台，提供古气候环境科学实验数据的存储、发布、分发、在线分析、及数据的获取等服 务，辅助古气候环境分析与模拟以及气候模式等相关研究工作，具有重要的理论与现实意义。 作者探索了建立古气候环境科技资源共享平台的关键技术，包括元数据、n e t c d f 数据 格式、g r a d s 气候数据分析系统、异构系统集成理论及软件实现技术。 在理论研究与系统分析的基础上，作者提出了古气候环境科技资源共享平台的网络与软 件体系结构。针对传统n e t c d f 数据集访问软件的不足，提出了一种基于w e bs e r v i c e s 的 n e t c d f 数据获取架构，为实现异种平台下对n e t c d f 数据的高效获取奠定了技术基础。 最后，在w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 操作系统、m i c r o s o f t n e t 环境下，作者开发了古气候环 境科技资源共享平台软件系统，包括元数据发布管理、古气候数据在线分析、n e t c d f 数据 获取服务、转换翻译器、后台管理等软件模块。实现了w e b 平台与g r a d s 气象数据分析系 统的异构集成，以及古气候数据的可视化在线分析应用，为古气候环境科技资源共享与协作 交流提供了先进又实用的环境与工具。 本论文详细介绍了作者的上述研究开发工作。 关键词：资源共享平台；异构系统集成；元数据发布管理；古气候数据在线分析；n e t c d f 数据获取服务；a j a x ；n e t c d f ：w e b 服务 a b s t r a c t t i t l e ：r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t0 nr e s o u r c e ss h a r l n g p l a t f o r mo fp a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c ea n d t e c h n o l o g y m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y n a m e ：x i ny a n g s u p e r v i s o r = p r o f j i n gz h a n g a b s t r a c t s i g n a t u r e ：确nm ，g 一- - o o _ 1 1 - _ - - o - _ _ - s i g n a t u r e ：赴垒垫乡 c l i m a t ee n v i r o n m e n ti sc l o s e l yb o u n du pw i t hs u r v i v a la n dd e v e l o p m e n to fh u m a n b e i n g ， p a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n t p r o v i d e ss c i e n t i f i ce v i d e n c ef o rr e s e a r c ho nc l i m a t ec h a n g eo fp r e s e n t a n df u t u r e ，w h i c hi sa ni m p o r t a n te m b r a n c h r n e n to fc l i m a t es c i e n c e p a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n t s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yr e s o u r c e si sn u m e r o u s ，a n dt h e r ea r et o om a n yk i n d so fd a t ap r o c e s s i n g ， i n f o r m a t i o ns y s t e ma n dd a t af o r m a ti nd i f f e r e n ti n s t i t u t e sw h i c hr e s u l t si nd i m c u l t i e si nd a t a s h a r i n g ，d a t ac o m p a t i b i l i t ya n dl o wd a t au s i n ge f f i c i e n c ei np a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m s a c c o r d i n g l y , i ti sn e c e s s a r yt o e s t a b l i s hap a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c ea n d t e c h n o l o g yr e s o u r c e ss h a r n gp l a t f o r mt op r o v i d ep a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c el a b o r a t o r y d a t as t o r a g e ，p u b l i s h i n g ，d i s t r i b u t i n g ，a n a l y s i so n l i n e ，d a t aa c q u i s i t i o no n l i n ef u n c t i o n st oa s s i s t r e s e a r c ho np a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ta n a l y s i s ，s i m u l a t i o na n dc l i m a t em o d e a u t h o rd i s c u s s e dt h ek e yt e c h n o l o g i e so fh o wt ob u i l dt h er e s o u r c e ss h a r n gp l a t f o r m ， b e s i d e sm e t a d a t a ，n e t c d fd a t af o r m a t ，g r a d sm e t e o r o l o g i c a ld a t a a n a l y s i ss y s t e m ， h e t e r o g e n e o u ss y s t e m si n t e g r a t i o nt h e o r y , a n ds o f t w a r et e c h n o l o g ye t c b a s e do nt h e o r yr e s e a r c ha n ds y s t e ma n a l y s i s ，a u t h o rp r o p o s e ds o f t w a r ea n dn e t w o r k a r c h i t e c t u r eo ft h er e s o u r c e ss h a r i n gp l a t f o r m c o n s i d e r i n g s h o r t a g eo ft r a d i t i o n a ln e t c d f d a t a s e ta c c e s ss o f t w a r e ，al l e wn e t c d fd a t a s e ta c c e s sa r c h i t e c t u r eb a s e do nw e bs e r v i c e si s p r o p o s e d ，w h i c he s t a b l i s h e dt e c h n o l o g ye n h a n c e sf o u n d a t i o nf o re f f e c t i v ed a t aa c c e s so n h e t e r o g e n e o u sp l a t f o r m f i n a l l y , w i t hw i n d o w ss e r v e r2 0 0 3o p e r a t i o ns y s t e m ，m i c r o s o f t n e te n v i r o m e n t ，a u t h o r d e v e l o p e dp a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c ea n dt e c h n o l o g yr e s o u r c e ss h a r i n gp l a t f o r m s o f t w a r es y s t e m ，w h i c hi n c l u d e sm e t a d a t ap u b l i s h i n ga n dm a n a g e m e n t ，p a l e o c l i m a t ed a t a a n a l y s i so n l i n e ，n e t c d fd a t aa c q u i s i t i o ns e r v i c e ，c o n v e r s i o nt r a n s l a t o r , s y s t e mm a n a g e m e n t e t e h e t e r o g e n e o u ss y s t e m si n t e g r a t i o nb e t w e e nw e bp l a t f o r ma n dg r a d sm e t e o r o l o g i c a ld a t a 西安理工大学硕士学位论文 a n a l y s i ss y s t e ma n dp a l e o c l i m a t ed a t av i s u a l i z a t i o na n a l y s i so n l i n ea r er e a l i z e d ，w h i c hp r o v i d e s t h ea d v a n c e da n dp r a c t i c a ls o f t w a r ee n v i r o n m e n ta n dt o o lf o rp a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c e a n dt e c h n o l o g yr e s o u r c e ss h a r i n ga n dc o l l a b o r a t i o n a l lt h ew o r kd i s c u s s e da b o v ei sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：r e s o u r c e ss h a r i n gp l a t f o r m ；h e t e r o g e n e o u ss y s t e mi n t e g r a t i o n ；m e t a d a t ap u b l i s h i n g a n dm a n a g e m e n t ；p a l e o c l i m a t ed a t aa n a l y s i so n l i n e ；n e t c d fd a t aa c q u i s i t i o ns e r v i c e ；a j a x ； n e t w o r kc o m m o nd a t af o r m a t ；w e bs e r v i c e s 独创性4 声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我 个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所研究的工 4+ 作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。、 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：j 物级二二j ，- r g 年弓月fg 日 学位论文使用授权声明 。l ，本人扬血垒：在导师的指导下创作完成毕业论文。，本人已通过论文的答辩，1 ，： 并已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意 授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定 提交印刷版和电子版学位论文，4 。学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生 上交的学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索：2 ) 为 教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、 资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 r n ，- r j ，本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 。ij 理。 ( 保密的学位论文在解密后，。适用本授权说明) ：论文作者签名：搁岔震。：_ 导师签名： 一 、 噬一，邢年3 月舢 绪论 1 绪论 1 1 课题背景及意义 随着互联网技术的不断发展，社会对于信息共享的需求日益迫切，不同学科研究人员对 于公共基础性科技资源的获取日益频繁，采用现代数据库技术和网络信息技术管理海量数 据，并面向各阶层用户提供信息获取服务的信息管理系统得到快速发展。 气候环境与人类的生存与发展息息相关，2 1 世纪的气候发展趋势决定着世界各国可持 续发展战略的制定和实施，地球环境的科技资源信息的获取无论是对国家的发展建设还是对 人民的生产生活都具有重要的意义。 古气候环境学作为气候科学的重要分支，为研究当今以及未来的气候变化提供科学依 据。古气候环境领域科学研究部门经过多年建设与发展，形成一整套业务技术管理体系，采 用卫星、雷达、自动气象站、计算机等现代信息化技术对每天数以百兆计的古气候资料信息 进行处理、管理及分发。 但是，由于目前已存在的古气候环境科技资源数量巨大，且各研究机构采用的数据处理 及信息系统种类繁多，数据格式不同，造成了各古气候环境信息系统间数据共享困难，数据 兼容通用性差，数据使用效率低等问题。 因此，建立一个古气候科技资源共享平台，提供古气候科学实验数据的存储、发布、分 发、在线分析、及数据的获取等服务，辅助古气候环境分析与模拟以及气候模式等相关研究 工作，具有重要的理论与现实意义。 1 2 国内外研究现状 古气候数据信息平台是多学科交叉的信息系统，其体系结构复杂、技术难度较大。国内 外相关科研机构利用计算机网络、数据库以及软件技术，进行古气候数据信息平台建设，为 实现气候科技资源的共享方面作了不懈的努力。 世界气象组织( w o r l dm e t e o r o l o g i c a lo r g a n i z a t i o n ，w m o ) 2 0 0 3 年提出 要构建新一代气象信息系统，通过元数据技术来整合各类气象信息，构建一个分层次的世界 范围气象信息共享系统，以支持从世界天气计划( w o r l dw e a t h e rw a t c h ，w w w ) 到w m o 各 个项目和计划对气象信息的快速获取与方便应用i l l 。 美国国家大气与海洋局( n o a a ) 于2 0 0 0 年开始建设国家虚拟数据中心c ) ，采用分 布式数据库技术，以统一的界面和订单为用户提供气候、海洋、地球物理信息资源的共享服 务。 天气图形技术公司( w e a t h e rg r a p h i c st e c h n o l o g i e s ) 开发的数字大气( d i g i t a la t m o s p h e r e ) 西安理工大学硕士学位论文 系统，广泛用于美国国家天气服务( n a t i o n a lw e a t h e rs e r v i c e ) 、军队、电视台及商业气象服 务公司，它支持世界气象组织的w m of m1 2s y n o p 、w m of m1 3s h i p 、w m of m1 5 m e t a r 、w m of m1 8b u o y 、w m of m3 5t e m p 、w m of m4 2a l 、仍a r 、w m of m9 2 一i x 数据格式及美国国家气象中心m a t i o n a lm e t e r o l o g i c a lc e n t e r ) 的a s u s lk w b c 等数据格式。 该系统需要通过安装客户端从互联网下载数据进行气象预报和信息处理，产生二维的图形分 析结果。 美国国家大气与海洋局( n o a a ) 的预报系统实验室开发的气象预报办公室系统 ( w f o a d v a n c e ) 可以显示天气数据的三维图像，该实验开发的可视化软件系统d i s p l a y 3 d ( d 3 d ) ，可以将从气球、地面站、雷达、飞机和卫星等收集来的数据进行显示和处理。利 用w f o a d v a n c e d 和d 3 d ，气象工作者可以快速做出天气预报模式，大大提高工作效率。 该软件动画模块可以生成图像序列、显示出动态图像。 国内具有代表性的是由中国华云技术开发公司开发的气象信息综合分析处理系统 ( m i c a p s ) ，该系统依托中国气象局9 2 1 0 工程数据信息源，提供气象资料的处理和显示， 是我国气象业务员的基本工作平台。m i c a p s 系统分为工作站版和微机版。最新版本是 m i c a p s 2 0 ，最近m i c a p s 系统第三版的开发正在进行，它是在m i c a p s 第一版和第二版 基础上扩展功能，从单一的气象人机交互系统扩展到完整的气象台预报信息系统。包括预报 决策支持、实况监测预警、预报产品生成和业务系统运行管理等。实现领导和预报员建议的 功能，同时目前正在开发基于3 d 技术的m i c a p s 系统。 以上系统是c s 体系结构的成功应用，因此它具备了c s 体系结构的所有优缺点。比如 系统开发成本高、客户端程序设计复杂、系统维护升级困难、软件移植困难、新技术不能轻 易应用等。 随着信息技术、g i s 技术、网络通讯技术和大容量存储技术的飞速发展，互联网带宽的 不断扩容，科技资源共享具有了良好的技术基础和环境条件。改造现有局部数据库和网络， 发展资源共享系统，开发和应用分布式数据库及海量存储技术，建立基于w e b 和g i s 技术 的资源共享服务平台是当前气候环境科学数据共享的发展方向。 美国的e a r t hs y s t e mr e s e a r c hl a b o r a t o r y 组织在其门户网站上提供了气候数据的下载与 实时分析服务，为用户提供了可视化的分析结果1 2 1 0 美国国家大气与海洋局的d c h a r t 海洋 和天气数据导航( o c e a na n dw e a t h e rd a t an a v i g a t o r ) 是一个p r i d e ( p a c i f i cr e g i o ni n t e g r a t e d d a t ae n t e r p r i s e 太平洋范围的完整数据计划) 领航项目。d c h a r t 是一个在d a p e r 服务上的 a j a xw e b 应用，在该系统中实现了类似于g o o g l em a p s 的地图功能，并可通过地图绘制来 自实时全球数据( r e a l t i m eg l o b a la r g od a t a ) 和来自热带大气海洋项目厄尔尼诺浮漂数据 ( t r o p i c a la t m o s p h e r eo c e a n ( t a o ) v r o j e c t e ln i n ob u o yd a t a ) 的温度、盐度、化学、水流 等的空间剖面图，以及绘制来自国家数据中心( n a t i o n a ld a t ab u o y c e n t e r ) 、全球逐日数据 ( g l o b a ls u m m a r y o f t h e d a y d a t a ) 和其它海洋水文数据的时间序列图。 我国也在积极进行气候环境信息化建设，国家科技条件平台工程正在进行之中。气象部 2 绪论 门从2 0 世纪8 0 年代开始使用计算机来存储和处理各类气象信息，气象信息管理系统从原有 的单机文件管理转变为大规模分布式数据库系统1 3 - 6 1 。2 0 0 4 年由中国气象局国家气象中心主 持的中国气象科学数据共享服务项目通过验收，在数据共享这一观念上起到了引领作用，基 本解决了国内科技界对气象数据获取的突出问题，如需要向国外购买价格昂贵的气象资料问 题。此外，气象资料面向公众开放，用户可免费自由获取。同时我国也建立了科学数据共享 工程门户网站，该门户网站提供了我国各学科领域大量科学数据及其元数据，并提供各学科 相关科技新闻1 7 - 8 1 。 1 3 主要研究开发内容 理论研究： 古气候环境科技资源共享平台体系结构； w e b 平台与气候分析系统的集成技术； 气象数据转换技术研究与实现。 软件开发： 古气候环境科技资源共享平台门户网站软件开发。 1 4 论文主要内容 本论文的主要内容如下： 第一部分为绪论，主要介绍本课题的背景、意义、国内外研究现状。第二部分为相关概 念与关键技术介绍。第三部分将对古气候环境科技资源共享平台的体系结构做理论上的分 析，并且详细论述平台的逻辑结构，包括网络结构与软件体系结构。第四部分将根据第三部 分的理论分析结果对该共享平台进行系统分析。第五部分主要描述系统的总体设计思想以及 软件模块划分。第六部分描述共享平台各模块的详细设计与软件实现。第七部分讲述软件的 运行与测试过程。 西安理工大学硕士学位论文 2 相关概念与关键技术 本课题研究具有多学科特点，既要研究计算机软件技术相关内容，又要研究古气候领域 的需求，需要学习很多古气候环境学科、气候气象学科的背景知识。下面对于所涉及的相关 概念与关键技术进行简要介绍。 2 1 气候模拟 气候模拟是现代气候学的一个重要分支，用气候模式复制气候系统的平均状态及其时空 变化，用以探索气候系统外的因子对气候系统的影响，以及气候系统内的各个成员之间的相 互作用。古气候是现代和未来气候环境变化的重要参照系，古气候的研究与现代全球变化研 究密切相关，如何再现和重建古气候，模拟古气候环境，对模拟的结果进行可视化的表达并 加以分析，是古气候模拟的一个重要环节1 9 - 1 0 1 作者所研究开发的古气候环境科技资源共享 平台的主要数据来源就是产生于古气候数值模拟的实验数据。 2 2 元数据 资源共享平台是一个复杂的系统，古气候环境科技资源所包含的数据领域种类繁多，涉 及到资源环境、气象、测绘、农业、医学、地震等众多领域。面对如此复杂繁多的科学数据， 要想做到科学高效的管理，需要依据领域、数据类型的不同，建立多个元数据标准，规范科 学数据的元数据，从而便于科学数据的发现、管理、发布等。 元数据是描述信息资源或数据等对象的数据，元数据的引入在识别与评价资源，追踪资 源变化，高效管理海量网络化数据，以及实现信息资源有效发现、查找、一体化组织和对资 源的有效管理等方面具有重要意义1 。 2 2 1 元数据概念 元数据是关于数据的数据。它是对信息资源的规范化描述，按照一定标准，从信息资源 中抽取出相应的特性，组成的一个特征元素集合。这种规范化描述可以准确和完备的说明信 息资源的各项特征。然而不同领域的数据资源可能会有不同的元数据标准。 元数据为信息的管理、发现和获取提供了实际而简便的方法。通过元数据，可对信息资 源进行详细、深入的了解，包括信息资源的格式、质量、处理方法和获取方法，对于数据生 产者来说可以利用元数据进行数据维护、历史资料维护。 元数据具有以下特点： 4 相关概念与关键技术 描述性：通过用一种约定俗成的规则来描述对象的手段来组织和管理信息资源。 动态性：元数据随描述对象的变化而变化。 多样性：元数据类型多样。 复杂性：表现在元数据集合概念与个体概念并存。元数据中有可能包含其他元数据；另 一方面，对不同描述对象，元数据项是可选择的即项可定制，强制性和选择性共存。 多层次性：此方面特性是由元数据所描述对象的多层次决定的。 支撑性：有效的维护了所描述对象的原始性和完整性，起到了支撑的作用。另外它与所 描述对象共存，保证了资源的长期使用。 综上，元数据的引入对建立科技资源共享数据平台，实现数据服务具有十分重要意义， 主要体现在以下几个方面： 确认和检索：通过为数据实体定义元数据，方便数据使用者检索和确认所需资源， 实现目标资源的快速定位。 著录描述：通过制定元数据，便于对数据单元进行详细、全面的著录描述。 资源管理：便于资源的存储和使用管理，元数据元素除包括全面的著录信息外，还 包括权利管理、电子签名、资源评鉴、使用管理、支付审计等方面的信息。 资源保护与长期保存：数据元素除对资源进行描述和确认外，还包括信息资源的格 式、制作、保护条件、转换方式等方面的信息。 2 2 2 元数据标准 元数据内容标准包含描述一个具体资源对象时需要的数据项集合、各数据项语义定义、 著录规则和计算机应用时的语法规定，通常包含标识信息、数据质量信息、内容信息、发行 信息、元数据参考信息和联系信息等元数据信息。如前节提到的整个共享平台涵盖数据种类 繁多，元数据的类型也多样，建立统一的古气候环境科技资源共享平台元数据标准具有重要 意义。 文献2 1 提出了包含三个层次的原数据内容标准：即共享元数据标准、领域元数据标准、 领域专用元数据标准。 2 2 3 古气候环境科技资源元数据 古气候环境科技资源是种类繁多，结构复杂的数据集合。包括地面气象资料、农业气象 资料、高空气象资料、气象辐射资料、海洋水文气象资料、气象卫星资料、气象雷达资料、 气象灾害资料、大气成分资料、数值分析预报产品、科学试验和考察资料、历史气候代用资 料、气象服务产品、气候模拟数据集等多种数据类型。而其中气象数据资料又有不同数据格 式，主要包括格点资料和台站资料，其数据组织形式与物理存储方式有所不同。因此古气候 西安理工大学硕士学位论文 环境科技资源缺乏统一的格式，这就对资源共享系统中数据管理的实施造成困难。 根据古气候环境科技资源的特点，在共享平台中引入元数据概念是解决繁杂海量数据资 料管理的最优解决方案。由于资源数据具有不同时间尺度、不周空间参照体系、不同坐标系 统等特点，制定古气候环境科技资源元数据标准，规范数据资源中不同领域，不同数据类型 的数据元规范是十分必要的。 按照元数据标准制定原则，古气候环境科技资源的元数据包括三个层次：元数据子集、 元数据实体、元数据元素1 3 - 1 4 1 。元数据元素是元数据最基本的信息单元，元数据实体是同 种类元数据元素的集合，元数据子集是相互关联的元数据实体和元素的集合。在同一个子集 中，实体可以有简单实体和复合实体两种。简单实体只包含元素，复合实体既包含简单实体 又包含元素，同时复合实体与简单实体及构成这两种实体的元素之间有继承的关系。图2 1 简要说明了元数据的层次结构： 图2 1 兀数据层次关系 f i g 2 - 1t h er e l a t i o no f m e t a d a t ah i b e r a r c h y 元数据标准的制定遵循一定原则。标准要支持元数据在行业或相关领域的应用，以方便 提供数据为原则。要提供实体与元素集，并定义元素性质：必选、特定情况下必选、可选等。 世界气象组织( w m o ) 根据数据集归档不同要求，通过多次专家组会议讨论通过了一个核 心元数据标准草案。我国气象信息方面的专家在充分考虑我国现有气象数据资料的特点及如 何更好与国际同行数据接轨的情况下，也在积极制定符合我国气象数据元数据格式标准过程 中。参考国际与国内气象领域元数据标准，并结合古气候学科研究的特点，按照以下原则制 定资源共享平台元数据标准： 1 ) 参考古气候环境科学数据特点：由于气象观( 探) 测记录种类、气象要素的多样性，以 及观测记录的连续性、时间性、空间性、地域性等特点，在描述数据集实体和属性 时，应明确表述气象科学数据特点的相关内容和项目，如数据类型、气象要素名称、 记录时间、观( 探) 测次数、以及记录数据的空间和地理范围等信息。 2 ) 参考古气候环境科技资源共享工作的需求：制定元数据标准时要充分考虑建立资源 共享平台软硬件实施需要，如分布式元数据管理、数据检索服务、数据下载、用户 目录导航、用户认证授权等。 3 ) 参考相关国际元数据标准：古气候环境科技数据是地球科学数据的重要组成之一， 其元数据的内容和格式应以国内外相关的元数据标准为指导和参考依据，以便与国 6 相关概念与关键技术 际接轨。 综上所述，提出了古气候环境科技资源核心元数据标准如表2 1 所示： 表2 - 1 古气候环境科技资源核心元数据标准 t a b 2 1t h em a i nm e t a d a t ac r i t e r i o no fp a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c ea n dt e c h n o l o g yr e s o u r c e s 必选项 t i t l e ( 数据集名称)t e m p o r a le x t e n t ( 时间跨度) i d e n t i f i e r ( 数据集标识) m e t a d a t al a n g u a g e ( 元数据语言) r e f e r e n c ed a t e ( 数据集制作日期) m e t a d a t ap o i n to fc o n t a c t ( 元数据责任人) r e s p o n s i b l ep a r t y ( 数据集责任人) m e t a d a t ac h a r a c t e rs e t ( 元数据字符集、 a b s t r a c t ( 摘要) m e t a d a t ad a t es t a m p ( 元数据制作日期) k e y w o r d s ( 关键词) a c c e s sr i 曲t so rr e s t r i c t i o n s ( 1 琨$ t j 密级) g e o 鲫h i ce x t e n t ( 地理范围) d i s t r i b u t i o nm e c h a n i s m s ( 分发系统) t o p i cc a t e g o r y ( 数据集类别)p r o c e s s i n gl e v e l ( 处理程度质量状况) d a t a s e tt i m e ( 数据集产生时间) 一定条件下必选项 d a t a s e tl a n g u a g e ( 数据集语言) c h a r a c t e rs e t ( 数据集语言字符集) c l i m a xm o d a lt y p e ( 气候模式类别)d a t ab r o w s i n gc o u n t e r ( 数据浏览计数器) 可选项 s p a t i a lr e s o l u t i o n ( 空间分辨率) m e t a d a t af i l ei d e n t i f i e r ( 元数据标识) s p a t i a lr e p r e s e n t a t i o nt y p e ( 空间显示类型) m e t a d a t as t a n d a r dn a m e ( 元数据标准) r e f e r e n c es y s t e m ( 参考系)m e t a d a t as t a n d a r dv e r s i o n ( 版本) v e r t i c a le x t e n t ( 垂直跨度) v a l i d i t yt i m e ( 元数据制作时间) o n l i n er e s o u r c e ( 在线资源) 2 3n e t c d f 数据格式 n e t c d f ( n e t w o r kc o m m o nd a t af o r m 通用的网络数据格式) 数据格式是以n c 为后缀的二 进制文件，它是一种面向数组型数据的描述和编码标准，已被国内外许多行业和组织采用， 目前广泛应用于大气科学、水文、海洋学、环境模拟、地球物理等诸多领域1 1 5 - 1 6 1 0 例如， n c e p ( 美国国家环境预报中心) 发布的再分析资料，n o a ac d c ( 气候数据中心) 发布的海洋与 大气综合数据集( c o a d s ) 均采用n e t c d f 作为标准。n e t c d f 是由美国大学大气研究协会 2 c 削r ) 下的u n i d a t a 项目科学家针对科学数据的特点而提出的一种面向数组型数据、适于 网络共享的数据描述和编码标准，也是古气候环境科技资源共享平台采用的主要数据类型。 n e t c d f 数据格式具有以下特点： 自描述特性。即n e t c d f 数据文件包含自身的描述信息，这也是网络时代数据的趋势 性特征。 平台无关性。即支持在异构的网络平台间进行数据传输和数据共享。 易用性。表示存在多种方便的途径来管理和操作n e t c d f 数据。 7 西安理工大学硕士学位论文 高可用性。表示其较高的数据压缩比，以及基于数组下标的线性存储导致的高效存 取。 n e t c d f 一般采用以下几种方式生成和读取其数据： 1 ) 使用随n e t c d f 软件包提供的工具程序( n c d u m p e x e 和n c g e n e x e ) 。 2 ) 使用支持n e t c d f 标准的第3 方软件( g r a d s 、a v s 、i d l 和m a t l a b ) 。 3 1 采用编程式访问数据格式。 2 3 1c d l 数据格式 在介绍n e t c d f 文件的同时必须介绍n e t c d f 文件格式的描述语言：n e t w o r kc o m m o n d a t af o r ml a n g u a g e ( c d l ) 。这种语言是采用a s c i i 码来存贮一种说明性的语言，用来描述 n e t c d f 数据格式，也就是说每一个n e t c d f 文件都有一个c d l 文件与其对应，下图描述了 n e t c d f 与c d l 语言之间的关系。 图2 2c d l 与n e t c d f f i g 2 2c d l a n dn e t c d f c d l 语言通过n e t c d f 软件包n c g e n e x e 生成n e t c d f 数据格式，同时n e t c d f 数据文 件也可以通过n c d u m p 。e x e 生成描述它的c d l 文件，该文件以c d l 作为后缀，二者是一个可 逆的过程，这就类似于软件的程序源文件与源文件经过编译器编译后生成的二进制的可执行 性代码，即程序源文件可以编译成为二进制代码，而二进制代码可以经过反汇编得到程序的 源文件，其中n c g e n e x e 就类似于编译器程序，而n c d u m p e x e 就类似于反汇编程序。 n e t c d f 文件由它的描述文件( c d l 文件) 编译生成，主要由维数声明、变量及其属性 定义、数据集几个部分构成。 经过对c d l 语言的分析，得到其e b n f 文法如下： 1c d l - p r o g r a m - - ) c d l h e a dd i m e n s i o n s - d e c l a r a t i o n - l i s tv a r i a b l e s - d e c l a r a t i o n - l i s td a t a - d e c l a r a t i o n - l i s tc d l t a i l 2c d l h e a d - ) n e t c d ff i l e n a m e 3f i l e n a m e - ) i d e n t i f i e r 4c d l t a i l - ) 5d i m e n s i o n s d e c l a r a t i o n l i s t - - ) d i m e n s i o n s ：d i m e n s i o n s i d l i s t 6d i m e n s i o n s i d l i s t - ) ( d i m e n s i o n s i d ， d i m e n s i o n s i d l i s tid i m e n s i o n s i d ； 7d i m e n s i o n s i d - - ) i d e n t i f i e r = n u m 8v a r i a b l e s - d e c l a r a t i o n 1 i s t - - ) v a r i b a l e s ：v a r i a b l e s i d - l i s t 9 v a r i a b l e s i d l i s t - ) t y p e s p e c i f yi d e n t i f i e r ；a t t r i b u t e s l i s t l t y p e s p e c i f yi d e n t i f i e r ；a t t r i b u t e s - l i s t ；) v a r i a b l e s i d l i s t 8 相关概念与关键技术 10t y p e s p e c i f y - 9i n tf l o a td o u b l es h o r t 11p a r a m s l i s t - - ) i d e n t i f i e r , ) p a m m s l i s tii d e n t i f i e r 1 2a t t r i b u t e s l i s t - - i d e n t i f i e r ：a t t r i b u t e n a m e = a t t r i b u t e v a l u e ；) a t t r i b u t e s l i s t le 1 3a t t r i b u t e v a l u e - 9 ”t h e v a l u e ” 1 4t h e v a l u e 专i d e n t i f i e rn u m 15d a t a d e c l a r a t i o n - l i s t - - ) d a t a ：d a t a i d l i s t 1 6d a t a i d l i s t - - ) i d e n t i f i e r = v a l u e l i s t ； d a t a i d l i s tii d e n t i f i e r = v a l u e l i s t ； 1 7v a l u e l i s t - 9 n u m ， v a l u e l i s tin u m 2 3 2n c 文件格式 下面是一个简单的c d l 文件例子，通过它可了解该文件生成的n c 文件格式。 n e t c d ft i n y d i m e n s i o n s ： d i m = 5 ； v a r i a b l e s ： s h o r tv x ( d i m ) ； d a t a ： v x = 3 ，1 ，4 ，1 ，5 ； 这个c d l 文件产生的n e t c d f 格式的二进制文件如图2 3 所示： 9 西安理工大学硕士学位论文 4 3 4 44 6 0 1 cd f0 0 1 1 7 2 2 0 1 7 9 2 1 1 b a g i cn u m b e r 】 0 0 0 0 0 0 0 3 f 口l 口l 口0 0 3 0 0 0 0 00 0 0 0 3 3c h a rn a r n e = 0 0 0 0o 0 0 0 t 口l 口l 口l 口 0 0 0 0 00 0 0 0 0 ( a b s e n t ) 7 6 7 80 0 0 0 vx oo 3 0 3 2 80 0 0 0 0 o j ，x 8 0 0 0 00 0 0 0 l 口l 口 口f 口 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (