如何在MATLAB中合并多份GLDAS月度NETCDF土壤湿度数据为单文件

GLDAS NOAH025_M v2.1月度产品的单文件包含单月所有陆面变量，土壤湿度按4个观测层存储，对应变量名分别为SoilMoi0_10cm_inst（0-10cm层）、SoilMoi10_40cm_inst（10-40cm层）、SoilMoi40_100cm_inst（40-100cm层）、SoilMoi100_200cm_inst（100-200cm层），可按需选择提取目标。

操作流程 #

• 将所有下载好的单月nc4文件统一放到单独的文件夹中，不要混入其他格式或其他数据集的文件。
• 读取首个文件的经纬度、变量维度信息，提前预分配存储内存，避免循环中动态扩容降低运行效率。
• 循环遍历所有文件，提取目标土壤湿度变量，同时解析文件名中的年月信息作为时间维度标记。
• 按时间维度校验排序后，将合并好的三维数据集（经度×纬度×月份）存储为本地文件。

可直接复用的MATLAB代码 #

%% 参数配置
% 替换为本地存放GLDAS月度nc4文件的文件夹路径
input_dir = 'E:/Dataset/GLDAS/NOAH025_M/monthly/';
% 按需调整要提取的土壤湿度层变量
target_sm_vars = {'SoilMoi0_10cm_inst','SoilMoi10_40cm_inst','SoilMoi40_100cm_inst','SoilMoi100_200cm_inst'};
% 合并后结果的保存路径
output_file = 'E:/Dataset/GLDAS/GLDAS_monthly_soil_moisture_series.mat';

%% 批量获取文件列表
nc_files = dir(fullfile(input_dir, '*.nc4'));
file_count = length(nc_files);
if file_count < 1
    error('指定路径下未找到nc4格式文件，请检查输入路径是否正确');
end

%% 初始化数据集
% 读取首个文件的空间基准信息
ref_file = fullfile(nc_files(1).folder, nc_files(1).name);
lon = ncread(ref_file, 'lon');
lat = ncread(ref_file, 'lat');
n_lon = length(lon);
n_lat = length(lat);
% 预分配存储数组
sm_dataset = struct();
for i = 1:length(target_sm_vars)
    var = target_sm_vars{i};
    sm_dataset.(var) = nan(n_lon, n_lat, file_count);
end
time_axis = NaT(file_count, 1);

%% 循环读取并拼接
for fi = 1:file_count
    disp(['正在处理：' nc_files(fi).name ' (' num2str(fi) '/' num2str(file_count) ')']);
    curr_file = fullfile(nc_files(fi).folder, nc_files(fi).name);
    % 从文件名解析年月，文件名固定格式为GLDAS_NOAH025_M.AYYYYMM.021.nc4
    yr = str2double(nc_files(fi).name(19:22));
    mon = str2double(nc_files(fi).name(23:24));
    time_axis(fi) = datetime(yr, mon, 1);
    % 读取目标变量
    for vi = 1:length(target_sm_vars)
        var = target_sm_vars{vi};
        sm_dataset.(var)(:,:,fi) = ncread(curr_file, var);
    end
end

%% 按时间排序（避免文件命名乱序导致时间序列错误）
[time_axis, sort_idx] = sort(time_axis);
for i = 1:length(target_sm_vars)
    var = target_sm_vars{i};
    sm_dataset.(var) = sm_dataset.(var)(:,:,sort_idx);
end

%% 保存结果
save(output_file, 'sm_dataset', 'lon', 'lat', 'time_axis', 'target_sm_vars', '-v7.3');
disp(['合并完成，结果已保存至：' output_file]);

注意事项

• 首次运行前可先用ncdisp(参考文件路径)命令查看nc文件内的实际变量名、填充值、单位信息，和代码配置做匹配，GLDAS土壤湿度默认单位为kg/m²，除以水的密度1000kg/m³即可转换为常用的体积含水量单位m³/m³。
• 如果需要获取整层土壤柱总含水量，可按各层厚度加权求和：0-10cm层厚0.1m、10-40cm层厚0.3m、40-100cm层厚0.6m、100-200cm层厚1m。
• 若数据存在缺测，可结合文件自带的_FillValue属性做掩膜处理，避免缺测值参与后续计算。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者pragati Kharya