南极冰盖信息系统建设及其应用示例
文献类型：学位论文
| 作者 | 秦翔 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2002 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 秦大河 |
| 关键词 | 南极 冰冻圈信息系统 Lambert冰川 积累速率 中山站 |
| 中文摘要 | 南极地区是地球整体系统的重要组成部分之一，不仅在全球变化研究中扮演着重要角色，影响着地表的热量平衡、大气环流、海平面升降、物理海洋和生物地球化学循环等，而且还储存了大量反映全球气候环境变化的信息。随着世界各国南极研究的深入开展，建立南极地区科学数据信息系统己经成为越来越多科学工作者的共识。从南根本身特点考虑，以冰盖、积雪和海冰为核心的冰冻圈数据库系统是支撑各学科研究的基础，是最终完成南极数据信息系统的基础和核心。在掌握国内外南极冰冻圈数据信息系统建设概况的基础上，本文主要讨论了我国南极冰冻圈信息系统的设计、建立与应用，重点阐述了南极冰冻留数据信息系统整体设计思路和详细建设内容，并且在GIS等方面技术的支持下，建立了两个南极冰冻圈应用模型。世界各国在建设南极数据信息系统方面上主要分为两部分：一是南极数据目录系统（ADDS）的建设，美国。英国、澳大利亚。德国、日本、挪威。智利、西班牙和荷兰等9个国家都已先后建成，意大利和新西兰现正在建设中；加拿大。比利时、俄罗斯和法国等国家虽然还没有建设ADDS，但在南极数据收集与建库方面都做了一定的工作；二是真实数据库信息系统的建设，其中以美国实力最强，澳大利亚和德国为后起之秀，英国由于起步早，占据许多优势。日本、新西兰。挪威、意大利、智利、比利时、西班牙，荷兰、加拿大。法国、俄罗斯等国家都开始意识到建设真实数据库的重要性，已经或者正在建设与南极相关的数据库（信息系统）。各国已建立的数据库大多数都是在ADDS基础上进行了改良。它们仍然是一个检索目录系统，只不过把检索目标指向真实数据文件，并没有涉及到真正的数据，实际上还是采用"无数据（Metadata）模式"的数据库。该模式有一些突出的优点：数据管理者的工作量少、速度快、管理成本低。当然它也有一些明显的不足之处：数据以文件形式储存。用户不能直接对数据进行操作；所有数据处理都由用户自己承担；不同文件中同类型数据的格式和单位都不同。与之相对的数据库模式称为"数据模式"。"元数据模式"适合多国家、多学科、多地域、多专业、多方向的综合数据库，因为这些数据库包含的数据种类非常多，许多工作往往又是跨学科，所以各种数据之间就会形成一张非常错综复杂的"关系网"。要想使用"数据模式"来建设这些数据库，不仅仅将面临巨大的工作量，而且还要理顺各种复杂的关系，工作难度可想而知。相反，"数据模式"多应用于专业性较强。数据之间关系较为简单的一些数据库系统，如我国建立的南极冰冻留数据库（信息系统）就采用了"数据模式"。数据库模式确定后，进入南极冰冻圈数据信息系统的设计阶段。整个系统分为3个层次；第1层是由南极基础地理数据库与数据录入、编辑、管理、交换、分析和输出等六个模块组成了一个完整的南极基础数据库，它同时提供在线信息服务和查询检索两项功能；第2层是在南极基础数据库的基础上，使用冰冻圈专业数据库，结合专业GIS和其它相应的软件进行进一步的数据融合，上升到更高的层次-一地理空间数据仓库；第3层以地理空间数据仓库（其中包括地理空间数据模拟、冰冻圈信息系统和各类应用模型等）为工具，进行数据维护和交换，提供相应的在线分析、查询检索、各类结果输出等三项功能。建立南极冰冻留数据分类体系并对数据进行地理编码是建设南极冰冻圈信息系统最关键的步骤。建立数据分类体系时，首先应该尽可能与己有的国际或国家标准一致，符合冰冻圈学科的分类分级特征，并且能够清楚反映数据间的逻辑结构。建好的数据分类体系主要包括冰冻圈数据、自然环境基础数据与人文基础数据三大类，以下再细分为亚类、次亚类、细类、次细类等4级。地理编码系统是地理信息系统表达其空间要素的特征、逻辑关系以及与属性数据库相联结的基础。对数据进行编码时，除了要求能够提供数据信息的地理分类和特征信息，还应充分考虑到数据在地理信息系统方面的应用以及查询检索的方便性和快捷性。以上述数据分类体系为参考，我们对南极冰冻圈各种类型数据进行了系统的编码工作。码位共8位，第1－5位码为层次码，以从高位到低位的码位顺序分别对类、亚美、次亚类、细类、次细类等5级数据赋予自然数编码，这种编码体系体现出数据所属的类及其所在的层次；第6－8位码为补码，是补充说明数据特性的码位。依照上述系统设计要求，我们使用Windows2000Server作为Web服务器，选择SQLServer7.0作为数据库软件来建设南极冰冻圈数据库。现已建成冰川物理、冰川化学、海冰、气象、遥感和地理信息系统等6个数据于库，共计150个数据表（Table）。其中前4个子库以属性数据为主，主要包括：冰川运动、雷达测厚、冰川温度、雪冰晶体。密度与硬度＼冰盖物质平衡观测等数据；表层雪和雪坑的的值、电导率、主要阴阳离子，有机物、同位素。气体成分等数据：冰芯的PH值、电导率、主要阴阳离子、有机物、同位素、气体成分等数据；不同时间的海冰范围和面积，典型地区海冰厚度和海冰盐度等资料；气象站地面、高空各种气象要素观测数据。后两个子库以图形图像数据为主：遥感数据包括Nimbus-7S删RandDMSPSSM／IBhghtnessTeMeratureGr主dsforthePolarReghns等；地理信息系统数据包括冰盖冰面、冰床的数字高程数据、专题图形数据等。针对不同用户，数据库网络管理查询系统的建设工作分为以下两部分进行：广域网系统，利用SvbasePowerDvnamo、InternetInformationoervers．0等相应软件建立了南极冰冻圈专业网站，现可以实现WWW服务和FTP服务；局域网系统，使用Powe，Builder7．0自主开发了冰冻圈数据库管理系统（CPCDMS）软件，主要包括数据检索、测览、下载、管理、维护、更新、发布以及用户注册等功能。整个系统采用了因特网（Internet）与客户机／服务器（Chent／Serve。）相结合的技术。在地理学研究中，科学工作者经常会遇到用离散点资料推知空间场性质的问题。由于野外考察次数十分有限，海拔高、考察线路位置等诸多条件限制，数据获取非常艰辛与有限，这一问题对于南极冰冻因研究者尤其突出。这就要求我们利用有限的常规观测资料，借助各种因素内部机理的研究结果以及其它各种手段，来科学估计研究目标在空间上合理的分布状况。本论文在这方面作了一些尝试性的工作。对Lambe，t冰川流域实地观测资料分析表明：在该地区，海拔高度与6勺相关性高于10m雪芯处温度（用来代替地面年平均气温）。我们使用分组法和整体法分别建立海拔高度与δ18O的线性、二次多项式、三次多项式和指数四种模型。通过对比研究发现，在两种不同方法建立的4种模型中指数模型的结果最好。指数模型模拟结果显示：Lambert冰川流域的δ18O随着海拔高度的变化，从海岸边的-21.44‰降低到DomeA的一60.30‰。最后使用验证资料证明指数模型在海拔468-3746m区l和模拟的δ18O值可以认为是可靠的；至于468m以下和3746-4091m间的δ180值，由于没有实测资料验证，模拟结果只具有参考价值。在分析中山站一DomeA断面实地考察资料时观察到：在该地区，海拔高度、距海岸距离和年平均气温等三种因素之间完全可以通过一定的数学关系式实现互相替代。这意味着只要找到海拔高度与积累速率的关系，也就同时找到了其它两种因素与雪积累速率的关系。根据积累速率的分布特点，将整个断面分成两个区段，分别建立积累速率与海拔高度模型：在距中山站6S－294km区段，94、97。98年积累速率与海拔高度之间建立了4次多项式模型；在距中山站294－464km区段，94，98年积累速率与海拔高度之间建立了2次多项式模型。通过模拟结果对比发现：在整个区段上，94和98年雪积累速率空间分布都呈现出"双峰"趋势；98年积累速率整体高于94年约200mmsnow／a；在第一区段上，由于97年积累选率整体上远高于94、gS年，使得3年平均积累速率比2年平均高出近1倍。这表明该地区年际间积累速率变化很大，仅几年的观测虽然难以反映它的平均状况，必须通过延长观测时间与雪坑域冰芯）恢复积累证率朴1结合的方法来获得该地区年平均雪积累速率。最后可以得出一点结论；尽管该地区各年积累速率差别很大，但其每年空间分布规律是非常一致的。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 98 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21945]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 秦翔. 南极冰盖信息系统建设及其应用示例[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2002. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。