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如何将 cftime 格式的时间数组高效转换为 Unix 时间戳(毫秒)

花韻仙語

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发布时间:2026-02-06 17:30:07

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来源于php中文网

原创

如何将 cftime 格式的时间数组高效转换为 Unix 时间戳(毫秒)

本文介绍使用 xarray 的 `decode_cf()` 自动解析 netcdf 中的 cf 时间编码,并通过 `.astype(int)` 直接向量化转换为纳秒级 unix 时间戳,再换算为毫秒——全程无需循环,一行代码即可完成批量转换。

在处理气象、气候等 NetCDF 数据时,时间维度常以 cftime 编码形式存储(如 "days since 2002-01-01T00:00:00"),其原始值为浮点数数组,并非真正的 datetime 对象。许多用户误以为需手动遍历 + cftime.num2date() + datetime.timestamp() 等多步转换,既低效又易出错。实际上,xarray 提供了开箱即用的矢量化解决方案

核心步骤如下:

  1. 确保变量属性符合 CF 标准:units 属性必须为小写 "days since ..."(而非 "Days Since ..." 或 "Units: days since..."),且 calendar(如 "gregorian")存在;
  2. 调用 xr.decode_cf():自动识别 units 和 calendar,将数值型时间数组解码为 datetime64[ns] 类型的 xarray DataArray;
  3. 直接类型转换获取 Unix 毫秒时间戳:datetime64[ns] 底层以纳秒为单位自 Unix 纪元(1970-01-01T00:00:00Z)起计,因此 .astype(int) 得到纳秒级整数,除以 1_000_000 即得毫秒级 Unix 时间戳。

✅ 示例代码(完整可运行):

import xarray as xr
import numpy as np

# 模拟原始 NetCDF 时间数据(注意:units 必须小写!)
attrs = {
    "units": "days since 2002-01-01T00:00:00",
    "calendar": "gregorian"
}
time_data = np.array([107.0, 129.5, 227.5, 7928.0, 7958.5, 7989.0], dtype=np.float32)

ds = xr.Dataset({"time": ("time", time_data, attrs)})

# ✅ 一步解码为 datetime64[ns]
decoded = xr.decode_cf(ds)
print("解码后时间(datetime64[ns]):")
print(decoded.time.values)

# ✅ 向量化转 Unix 毫秒时间戳(无循环!)
unix_ms = (decoded.time.astype(np.int64) // 1_000_000).values
print("\n对应 Unix 时间戳(毫秒):")
print(unix_ms)

输出示例:

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解码后时间(datetime64[ns]):
['2002-04-18' '2002-05-10T12:00' '2002-08-16T12:00' '2023-09-16'
 '2023-10-16T12:00' '2023-11-16']

对应 Unix 时间戳(毫秒):
[1019088000000 1021032000000 1029499200000 1694822400000 1697457600000 1700092800000]

⚠️ 注意事项:

  • 若 decode_cf() 报错 ValueError: unable to decode time units,请检查 units 字符串是否含多余空格、大小写错误或缺失 T 分隔符(推荐格式:"days since YYYY-MM-DDTHH:MM:SS");
  • cftime 库本身不直接支持向量化转 Unix 时间戳;xarray.decode_cf() 是当前最简洁、最健壮的替代方案;
  • 对于非标准日历(如 "noleap"、"360_day"),只要 calendar 属性正确,decode_cf() 仍能准确解析;
  • 如需秒级时间戳,可改用 // 1_000_000_000;若需浮点秒(含微秒),可用 .astype('datetime64[us]').astype(np.int64) // 1_000_000。

总结:告别 for 循环,善用 xr.decode_cf() + astype(int) 组合,即可在毫秒级内完成万级时间点的 Unix 时间戳批量转换——这是科学计算中高效处理 CF 时间数据的标准实践。

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