海洋大数据应用技术分析与趋势研究

随着各类探测设备及计算模拟的发展,科学研究进入第四范式"数据密集型发现",海洋领域亦已进入大数据时代,各类海洋大数据应用技术也成为海洋科学研究的关注焦点。本文从海洋大数据的产生到海洋大数据应用整个链条进行探讨。首先对海洋大数据的定义及特征进行了讨论;其次从技术方面,从多源感知与探测、存储与管理、分析挖掘、可视化角度对海洋大数据应用技术研究的基础和研究现状进行分析,最后从实践方面,对相关技术研究的应用现状及应用前景进行了说明,为海洋科学及技术研究发展提供重要参考依据。     

海洋观测预报业务多源异构数据与信息集成分析

海洋观测预报数据信息是地方经济建设和社会发展重要基础数据之一,由于其数据源与信息源分布于多个不同网络中,且存储与展示形式各异,一直难以被统一集成和很好地应用。从分析海洋观测预报业务数据源与信息源入手,应用目前成熟的网络技术和数据库技术,对海洋观测预报数据信息集成中的若干问题进行深入研究,从而提出并实践了从网络集成、数据集成、知识集成到应用集成的一整套海洋观测预报数据集成的技术框架和方法体系,继而开展基于多源异构数据与信息集成的海洋观测预报服务系统研究,为海洋观测预报数据信息集成的实践过程提供方法支持。     

元数据技术在海洋观测数据集成中的应用研究

文章分析、研究了元数据技术及其发展情况和元数据在数据管理、交换中的应用,并对国际上几种海洋元数据的特点进行了归纳、分析和比较。并在此基础上针对海洋环境观测数据的多源性、多态性、多样性以及其分散性等特点,依托重大项目"赤潮监测与预警系统集成与示范"对数据通信与集成的需求,分析了元数据在海洋环境观测数据集成中的应用,以实现对海洋观测数据有效的、合理的集成管理及共享。     

海洋技术信息库的研究与实现

在海洋观测系统研究和业务化运行过程中,在获取海洋观测数据的同时,产生了大量的相关技术信息,这些信息包括：海洋观测体系技术信息、海洋观测技术类数据以及海洋观测技术发展动态信息等。文章首先解释了海洋技术信息的内涵及信息来源,进而简要地描述了海洋技术信息库的总体构架和组成,介绍了海洋技术信息库现阶段的工作进展,重点说明了４类技术信息数据库以及两个应用系统的建设情况,最后总结并指出未来的工作方向。     

江苏海洋多源异构数据的整理与入库方法

建立江苏海洋基础数据库群,实现海洋复杂多源异构数据的集成管理,是保证江苏省海洋数据具有可操作性、可维护性和可利用性的基础,同时也为海洋综合管理信息系统和"数字海洋"框架系统的业务化运行提供了重要的数据支撑。围绕这一目标,文章对江苏海洋多源数据的整理与入库方法进行了深入探讨:首先通过数据调研,分析海洋数据的现状和应用需求,形成符合"数字海洋"规范要求的数据格式标准及数据模型;在此基础上,通过数据规整、数据格式转换和数据质量控制,获取符合海洋业务需要的标准数据集;最终利用数据建库和入库工具,完成江苏海洋基础数据的规范化入库。该工作可为海洋多源数据的整理与入库、丰富和完善我国"数字海洋"数据体系提供参考。     

海洋标量数据的三维动态可视化系统研究

为了实现海量、多源、异构、多维、多格式、动态等特性海洋标量数据的三维集成可视化,设计了基于服务思想、面向通用标量数据格式的三维虚拟可视化体系架构,构建了海洋三维可视化原型系统,并对其体系架构和功能设计进行了详细阐述;采用基于几何对象的可视化方法,结合LOD动态调度、表面纹理及快速查询等关键技术,实现了海洋标量场数据的高效、快速三维动态可视化、要素值查询及时序分析等功能。该研究可为其他海洋环境要素数据的可视化与分析提供思路与技术借鉴。     

海洋综合调查数据集成管理方法研究——以广东省近海海洋综合调查与评价数据集集成为例

文章探讨了海洋综合调查数据集成管理的方式方法,提出不同学科、不同类别的海洋综合调查数据集成管理的关键在于制定统一的数据技术标准、规定统一的标准数据集制作流程、制定严格的质量管理措施和采取恰当的质量控制方法,采用核心元数据方式描述数据,最终形成元数据导航下的具有统一技术标准与格式,并经过严格质量控制的标准化数据集。采用这种思路与方法,笔者对广东省近海海洋综合调查与评价获取的全部原始数据进行了数据集成,并通过制作光盘数据产品,可使用户方便快捷地查询、浏览与使用集成成果。研究成果已被广东省908专项办公室采用,为广东省海洋科学研究、海洋综合管理提供本底数据信息与服务。     

多源异构海量海洋数据综合管理平台构建研究

为满足海洋应用对数据管理的需求, 针对海洋数据的特点, 采用分层的思想提出了一个海洋数据综合管理平台的体系结构, 并对海洋数据的共享, 构建海洋元数据和海洋数据安全性管理等关键问题分别给出解决方案。通过一个基于B/S 的多源异构海量海洋数据综合管理平台的实现表明本文的方法是可行且有效的。     

面向网络的海洋研究通用信息平台中的设计模式

海洋研究通用信息平台的开发是1个复杂的系统工程,其中订制流程的创建和执行,以及适用于海洋用户的可视化类库设计在整个软件体系结构中占有重要地位.结合海洋研究领域需求的特点,以面向对象设计模式为基础,研究并实现‘系列解决这些问题的框架.这些框架明确各层之间的纵向和横向关系,通过统一的抽象接口进行通信,降低层次之间的耦合度.实验表明,该框架的建立对提高软件重用度、增强系统的可扩展性和可维护性等都有重要意义.     

海洋磁场重力场数据建库技术研究

针对海洋磁场重力场资料的多源异构海量特征,并结合海洋磁场重力场空间数据库建设实践,阐述了数据整理与采集建库的目标与过程,并探讨了数据建库工作中涉及的基准统一、规格化整理、分析处理等若干关键技术问题的解决方案。     

数字海洋应用服务系统构建及关键技术研究

我国首次探索了"数字海洋"从科学概念到工程实体的建设实践,经过系统建设和运行过程取得了显著成果,同时存在的问题逐渐显现出来.本研究总结了数字海洋原型系统存在的问题,在此基础上,开展了数字海洋应用服务系统系统架构设计,功能研发以及关键技术研究.通过实践证明,系统在数据共享、信息集成和可视化表达等方面具有良好的应用前景.     

数字海洋数据体系结构研究

海洋数据的多源性、多态性和多样性以及数据量庞大等特点决定了其不同于其它数据,如何更加合理有效地存储和管理海洋数据,为海洋综合管理信息系统和＂数字海洋＂原型系统建设提供有力的数据支撑,是一个紧迫需要解决的问题。本文对各类海洋资源、海洋环境、海洋经济、海洋管理等数据进行统一的体系规划,构建统一标准的海洋数据体系框架,以实现国家、省（市）等各级海洋数据的有效管理,满足＂数字海洋＂海洋信息基础平台建设需要。     

海洋湍流数据实时压缩方法研究

海洋湍流因具有随机性特点,目前多采用统计学理论进行研究,因此需要获取大量的湍流观测数据,这给湍流观测设备的数据存储和传输带来挑战。针对上述问题,本文在分析海洋湍流数据特征的基础上,提出了一种高效实时的无损数据压缩方法。以大量的湍流数据增量信息作为数据源构建霍夫曼编码表,并以此作为湍流压缩和解压的字典,从而提高了压缩效率。通过对历史海洋湍流数据进行压缩实验,证明该方法的湍流数据压缩比低至25%,并且具有压缩速度快、处理器占用率低等特点。     

中国“数字海洋”原型系统构建和运行的基础研究

1 引言 "数字海洋"伴随"数字地球"战略的提出应运而生,是"数字地球"十分重要的组成部分,是"数字地球"理论和技术在海洋工作领域的体现和再创新[1-5].国外与"数字海洋"相关的研究主要包括全球海洋观测系统(GOOS)、基于遥感技术的全球海平面上升研究、区域性海洋观测如信息服务系统等,比较典型的有GOOS,美国的改善海洋观测系统(IOOS)、澳大利亚的BLUELINK等系统[6-9].     

海洋工程施工悬浮泥沙源强及扩散规律研究进展

各类海洋工程如码头、航道、海上风电、海底管道管线、填海造陆、防波堤等涉及的抛石、爆破、疏浚、打桩、开沟、吹填溢流等作业环节产生的悬浮物,在水动力作用下输移、扩散,会引起周边海域悬浮泥沙浓度增加,对海洋生态环境产生不利影响.文章对国内施工悬浮泥沙浓度扩散规律研究方法和数值模型中悬浮泥沙源强的选取方法进行了综述,为海洋工程...     

数字海洋云计算服务流中数据预部署研究

Data pre-deployment in the HDFS （Hadoop distributed file systems） is more complicated than that in traditional file systems. There are many key issues need to be addressed, such as determining the target location of the data prefetching, the amount of data to be prefetched, the balance between data prefetching services and normal data accesses. Aiming to solve these problems, we employ the characteristics of digital ocean information service flows and propose a deployment scheme which combines input data prefetching with output data oriented storage strategies. The method achieves the parallelism of data preparation and data processing, thereby massively reducing I/O time cost of digital ocean cloud computing platforms when processing multi-source information synergistic tasks. The experimental results show that the scheme has a higher degree of parallelism than traditional Hadoop mechanisms, shortens the waiting time of a running service node, and significantly reduces data access conflicts.     

菲律宾海盆深层温盐结构与环流变化特征研究

基于ECCO2 (Estimating the Circulation and Climate of the Ocean)、 GLORYS12V1 (Global Ocean Reanalysis and Simulations)、ORA-S5 (Ocean ReAnalysis)三种海洋再分析数据,对比研究了菲律宾海盆深层温盐及环流的季节和年际变化特征。结果表明:三种数据显示的海盆深层温盐季节变化特征基本一致,在3 000～4 000 m水深区域,海水呈春夏两季高温低盐而秋冬季低温高盐特性,4 000 m以下海水温盐季节变化很小;沿西边界,温度与内部有明显差异且季节变化幅度相对较大。沿西边界的输运季节变化特征表现为10月至次年4月输运向南,5—9月输运向北,并且在8月份达最大值;表明存在沿西边界的流动,即菲律宾海盆与南端西卡罗林海盆(West Caroline Basin)之间存在季节性水体交换。海盆深层海水温盐年际变化也十分显著,但不同数据显示的变化特征存在较大差异。EOF和相关分析显示,三种再分析数据的深层位温与ENSO均存在一定相关性,ECCO2的深层位温变化与ENSO的相关性最强。由于长期观测数据较少,再分析数据的结果难以验证,因此目前对年际变化特征的研究仍具有很大的不确定性。     

国家气候中心全球海洋资料四维同化系统在热带太平洋的结果初步分析

介绍了国家气候中心(NCC)“全球海洋资料四维同化系统”(简称NCC-GODAS).该系统包含观测资料预处理系统、插值分析系统和所应用的动力模式.插值分析系统采用四维同化技术方案,在时间上设置一个4周的窗口,将此窗口之内的观测资料以一定的权重插入插值分析系统,在空间上采用三维变分方案.海洋动力模式为“九五”期间LASG研制的L30T63OGCM 1 0版本.文中考察了该系统从1982年到2003年3月在热带太平洋的部分同化分析结果,并与NCEP的再分析资料和EMC/NCEP的太平洋区域海洋资料同化系统的结果进行了对比分析.结果显示,该系统的同化结果(如SST,SSTA,Nino指数,次表层海温变化等)与NCEP的同期同化结果具有很好的一致性.同时,该系统得出的海洋同化资料气候场与海洋模式气候场相比,有显著的改进.表明该系统具有较好的同化能力,其同化结果可为海-气耦合模式进行季节和跨季节的气候预测业务提供可信的海洋初始场资料,同时还可以为相关研究提供海洋分析场.     

海洋酸化对浮游植物生理生态影响的研究进展

当前全球气候变化下的上层海洋变暖与酸化对以浮游植物为主的海洋生态系产生了重大影响,理解此背景下的海洋浮游植物生理生态响应,对我们理解和抑制全球气候变化具有重要意义。在全球大气二氧化碳分压(p CO2)升高情景下,浮游植物通过光合作用、微生物循环等过程,通过不同功能群对海洋生源要素循环模式的改变,进而影响区域及全球海洋的生物地球化学循环。研究全球浮游植物对海洋酸化生理生态的响应使得我们对生物地球化学系统的认识更加全面、系统。