建立中国“数字冰冻圈”的设想

建立中国“数字冰冻圈”的设想 摘要 根据“数字地球”的概念，本文提出了“数字冰冻圈”的概念，分析了“数字冰冻圈”的涵义，论述了中国“数字冰冻圈”的集成方法，并对中国“数字冰冻圈”的发展作出展望。 关键词 “数字地球” “数字冰冻圈” 设想 1.引言 美国副总统戈尔于1998年1月31日提出“数字地球”的概念后，在一些国家中引起积极的反响，我国科技界也十分关注。江泽民主席于1998年6月1日在中国科学院第九次院士大会和中国工程院第四次院士大会上的讲演也强调了这一概念[1]。1999年11月29日“数字地球”国际会议在北京召开，20个国家和地区的500余名代表交流了“数字地球”在理论、应用等方面的认识及经验，探讨“数字地球”的发展方向及发展战略，促进“数字地球”建设中的国际交流与合作，为全球可持续发展服务。以上都说明了二十一世纪是一个数字化的世界，“数字地球”将涉及我们生活方方面面。 我国学者对“数字地球”学术定义提出的看法是：“数字地球”是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识，它包括构成体系的数字形式的所有空间数据和与此相关的所有的文本数据，及其涉及到的把数据转换成可理解的信息并可方便地获得它的一切相应的理论和技术[2]。“数字地球”包括3个重要的组成部分：信息的获取、信息的处理、信息的应用。 冰冻圈主要研究积雪（包括雪盖、雪崩、雪灾、雪水等）、冰川（包括冰川、冰盖、淡水冰、海冰、陆地冰、大气冰等）、冻土（包括永久冻土、季节冻土、冻土钻孔测温、冻融等）和冰芯及与其相关的气象、水文等[3]。 积雪数据对区域水文研究、雪灾监测、农林牧等产业的生产都发挥着至关重要的作用。同时，全球降雪分布与降雪量的大小也可以作为气候变化的指示器。冰川和冰盖覆盖地球陆地面积的10%，是地球的系统关键组分，影响着全球的气候变化。冰川数据记录的物质平衡可作为气候变化的指示器；冰川数据是区域水资源规划和利用的依据；冰川数据还是估测未来海平面上升幅度的依据。冻土严重影响着基础建设，破坏公路、桥梁、房屋、地下管道等基础设施。冻土数据受到冰冻圈研究者的普遍关注，IPA专门成立了数据与信息工作组来促进冻土数据库的建立与研究。冰芯记录着全球长期气候变迁的信息，也记录了数万年前大气的组成信息，其层状分布显示可以建立气候随时间变迁的系列，所以冰芯数据近期受到普遍的关注，发展迅速。 建立中国“数字冰冻圈”，将有利于对全球气候变化的研究，更好地利用雪冰资源，有效地防治和监测积雪和冻土灾害，从而服务于我国社会经济发展、工农业生产与建设、环境保护与治理、科学研究和知识传播。 2.“数字冰冻圈”的涵义 2．1“数字冰冻圈”的定义 根据我国专家对“数字地球”的定义，我们可以把“数字冰冻圈”定义为是对冰冻圈及其相关现象的统一性的数字化重现和认识，它包括构成体系的数字形式的所有空间数据和与此相关的所有的关系数据、文字资料，及其涉及到的把数据转换成可理解的信息并可方便地获得它的一切相应的理论和技术[2]。 2．2“数字冰冻圈”的构造原理 “数字冰冻圈”的构造原理可以归纳为：利用“3S”技术直接获取或者数字化海量空间数据、关系数据和文字资料，并进行数据复核、规范化、信息提取、分析及预测和评估等处理，并利用计算机和网络技术，以动态查询、虚拟现实、多维动态等方式在Internet网上发布给广大用户。 2．3“数字冰冻圈”相关技术 中国“数字冰冻圈”是一个开放的海量地理数据巨系统，基于一种开放、分布式Internet网上操作平台，实现数据的更新、查询、处理、分析和维护，从而有效地服务于广大用户。中国“数字冰冻圈” 为了更广泛、更深入、更有效、更经济地为社会提供服务必须同已有的高科技有效地结合起来，主要包括： （1） 遥感技术 （2） 地理信息系统技术 （3） 计算机技术 （4） 网络技术 （5） 多维虚拟现实技术 （6） Java、Vc、Vb等高级编程语言技术等 3.中国“数字冰冻圈”集成 根据我国学者对数字地球的看法，我们也可以把“数字冰冻圈”分为三个部分：信息的获取、信息的处理和信息的应用（见图1 中国“数字冰冻圈”集成图）。 3.1 信息的获取 冰冻圈信息可以从多种渠道获取，包括遥感方法、站点观测、地面实测和抽样调查、数字化等。 （1）遥感方法具有速度快、周期短、信息量大、连续分布、范围广等特点。就目前而言，全球已拥有了大量的资源卫星，通过它们，我们可以获取不同波段（包括可见光、近红外、热红外、微波等）和不同分辨率（从数十公里到数米）的影象资料。例如NOAA AVHRR，包括可见光和红外共5个波段，分辨率1.1公里；TM, 包括可见光和红外共10