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。     

海洋环境大数据系统建设研究进展

海洋环境大数据是诸多学科研究领域的基础,也是实施海洋强国战略和建设海洋强国奋斗目标的先决条件。文章从全球海洋环境观测计划及系统出发,探讨现阶段全球海洋环境大数据观测、国家数据库建设、数据质控方法以及数据应用现状,阐明了海洋环境大数据在国家发展中的重要性,客观地分析了目前海洋环境大数据发展在基础设施、数据处理及数据质控能力建设等方面面临的关键问题与挑战,以期为将来海洋环境大数据在多尺度、多学科、多行业的深入发展与深度融合提供可靠的资料与建议。     

海洋大数据的内涵、现状与发展趋势展望

海洋数据是国家重要的基础性战略资源,海洋大数据融合应用发展对于实施海洋强国战略意义重大。本文从数据、技术和应用3个角度分析归纳了海洋大数据的内涵、外延和特征,提出了低质性、碎片化和隐匿性3个海洋大数据要解决的关键问题。从海洋大数据资源体系、海洋信息通信网、海洋大数据处理分析、海洋大数据存储管理和共享服务,以及海洋大数据应用研发等方面总结了海洋大数据发展能力现状和趋势,探讨了当前国家海洋大数据中心发展需求,架构海洋大数据国内外总体布局,从数据资源、关键技术、共享服务、开放创新、融合应用和国际合作等6个方面,研究提出海洋大数据重点发展方向,以期为国家、行业和地方海洋大数据发展提供参考。     

海洋大数据:内涵、应用及平台建设

信息技术的快速发展,带动海洋数据快速积累,海洋已经进入大数据时代。海洋大数据即是在当前大数据时代背景下,大数据技术在海洋领域的科学实践,具有大体量(Volume)、多样性(Variety)、快速流转(Velocity)和高价值(Value)的"4V"特征,是在大数据的理论指导和技术支撑下的价值实现,也是实施海洋强国战略、开发海洋资源、拉动海洋经济、维护国家海洋权益的重要基础。本文讨论了海洋大数据的内涵和外延,从数据特征、数据种类的角度对海洋大数据进行了全面的定义;并详细介绍了海洋大数据的应用领域;进一步阐述了海洋大数据平台建设的关键技术问题及其在海洋大数据服务平台实例中的应用;从数据共享、数据管理和数据安全的角度,探讨了海洋大数据面临的挑战和机遇;最后对未来海洋大数据的发展趋势和方向进行了展望。     

基于HMSC模型分析山东近海夏季底层鱼类的环境适应性与种间关系

传统的物种分布模型很少将种间关系纳入建模框架中,妨碍了对物种栖息分布的准确预测。近年来联合物种分布模型（JSDMs）越来越受到关注,但在海洋领域实际应用仍较为缺乏。本研究根据2017年夏季山东近海底拖网调查数据,结合水深、底层水温和底层盐度等环境数据,采用物种群落层次模型（HMSC）方法研究了山东近海17种底层鱼类与环境因素之间的关系和种间相关性。本研究根据生物与环境之间的线性或非线性关系以及随机效应构建了5种HMSC,并利用广泛适用信息准则（WAIC）等指标以及交叉验证方法,评价了模型拟合程度和预测效果。结果表明,最优模型为包含随机效应的非线性模型（模型五）,非线性模型优于线性模型,且在模型中考虑种间关系能明显地提高模型的拟合效果。温度是影响山东近海底层鱼类分布的主要因素,占平均可解释方差的51.4%,其次是水深和随机效应,分别占35.7%和12.8%。山东近海大部分底层鱼类与水深存在显著线性正相关关系,而与水温存在显著的非线性关系。底层鱼类种间具有显著相关性,按其相关性的正负可大致分为3组,表明种间关系在预测物种分布方面的作用不容忽视。本研究建议,在建模中应同时考虑非生物因素和生物...     

大数据理念在海洋环境观测数据共享中的应用研究

随着海洋观测技术、科学调查手段、信息技术等的发展,海洋观测数据量日益庞大、观测要素的种类日益繁多,而我国海洋观测平台的条块管理模式造成了观测数据的分布式和区域化,使得资料共享成为近海研究的大障碍,影响了对数据价值的挖掘。文章介绍了近年来蓬勃发展的大数据的概念及其核心价值,并分析了当前海洋环境观测数据共享的需求。在此基础上,提出了一种基于大数据理念的海洋环境观测数据共享平台框架及相应的共享技术方案,并重点探讨了分布式的数据存储结构,以及从数据级和应用级两个层次进行信息共享的机制,数据更新和维护策略等。     

基于物种分布模型分析环境因子对海州湾偶见种资源分布的影响

偶见种易受环境变化和人类活动等外界威胁,在生物多样性保护中具有重要参考价值,但由于其数据量较少、分析困难,目前对分布特征的研究较少,其分布与环境因子的关系尚待探究。本研究基于2013–2019年海州湾渔业资源调查数据,分析了凤鲚（Coilia mystus）、红狼牙虾虎鱼（Odontamblyopus rubicundus）和虻鲉（Erisphex pottii）3种海州湾偶见种资源分布与环境因子的关系,并比较了广义可加模型（GAM）和随机森林（RF）模型对其资源分布的拟合效果,采用交叉验证的方法对模型的预测性能进行了评价。结果显示,水深是影响春、秋季凤鲚和红狼牙虾虎鱼资源分布的最显著因子,而底层水温仅在秋季是影响虻鲉资源分布的最重要环境因子。凤鲚分布模型的方差解释率最高,其次为红狼牙虾虎鱼,虻鲉模型方差解释率最低。凤鲚、红狼牙虾虎鱼和虻鲉分布模型在春季方差解释率均低于秋季。交叉验证表明,3个物种预测结果的曲线下面积（AUC）值在0.70～0.85之间,仅秋季凤鲚的AUC值达到0.9;同时GAM预测结果的AUC值均大于RF模型,表明对于偶见种而言,GAM的预测性能优于RF模型。本研究为...     

外来物种入侵对海洋生态环境的影响及对策建议

海洋外来物种入侵已成为威胁海洋生态环境的主要问题之一,对我国海洋生态环境构成严重损害。文章对外来物种入侵的由来、入侵的现状与危害以及对我国海洋生态环境的影响进行概述,并提出防治对策建议。     

大数据视域下的海洋信息化建设构想

美国的"大数据研究与发展计划"提出后,引发了世界各国大数据研究的高潮。我国也在近期将大数据上升到国家政策的高度,大数据产业得到全面支持。海洋大数据作为海洋综合管理的基础,对于维护国家海洋权益、准确掌握海洋状况具有重要意义。文章在我国大数据技术快速发展的背景下,分析了国内外大数据技术发展的基本情况,提出了基于大数据资产化管理模式、大数据思维模式、大数据可视化模式来构建海洋大数据平台思路,进而挖掘海洋数据中隐藏的"智慧",全面提升海洋综合管控能力。     

最大熵模型在海洋生物适生区预测中的应用

最大熵模型是以最大熵理论为基础的一种物种分布模型。经过十几年的发展,最大熵模型的计算方法不断迭代并趋于稳定,并在陆地生物适生区预测中开展了系统的、成熟的应用。而在海洋环境中,最大熵模型的应用也已经进入到了快速发展的阶段。但是受限于数据量的匮乏,最大熵模型在海洋环境中的应用仍旧需要不断的探索。最大熵模型具有小样本量预测的优势,其相关应用成果为单一物种、生物群落、生物多样性的保护,生物入侵事件的管控和预警,渔业养殖的减耗增效等提供了关键性的数据支撑,同时在海洋古生态学研究、海洋基因资源获取、海洋极端环境生物多样性保护等方面极具发展前景。     

基于生物资源的万山海洋牧场生境适宜性评估

万山群岛海域生态环境日益恶化、渔业资源持续衰退,因此建设万山群岛海洋牧场,修复海域生态环境、实现渔业资源可持续利用迫在眉睫。针对现阶段基于海洋生物资源的海洋牧场适宜性评估的研究较少,本研究利用渔业资源调查和全球物种数据库记录数据及13个环境因素数据,采用物种分布模型MaxEnt对选择的白姑鱼、日本金线鱼、红星梭子蟹和浅缝骨螺潜在分布区进行预测,探讨海洋生物地理分布与海洋环境因素之间的关系进而进行万山海洋牧场生境适宜性评估,结果表明:(1)各模型AUC值均大于0.9,说明构建的模型对这些物种潜在分布的模拟效果较好,后续可采用MaxEnt模型对4种生物的栖息地分布区进行预测;(2)海底浮游植物密度、海底温度以及海底硅酸盐浓度是影响这4种海洋生物栖息地分布的关键环境因子;(3)基于该4种海洋物种MaxEnt模型的HSI分布区所存在重叠区域来看,海洋牧场拟建设区域应为纬度21.85°N~22.15°N,经度113.6°E~114.2°E。研究结果可为万山海洋牧场规划和建设提供科学依据。     

智慧海洋多平台数据管理规范研究

我国未来智慧海洋观测系统将集成多种观测平台，获取全球范围、长时间和准实时的海洋数据。为更加科学而高效地管理数据，文章结合我国智慧海洋发展趋势，分析存在的问题，借鉴相对先进的数据管理规范，为建设智慧海洋国际共享应用平台提供参考。研究结果表明：与观测平台、传感器和通信技术的快速发展相比，我国海洋数据管理的发展十分缓慢，缺乏数据质量控制和存储等规范，严重制约海洋观测数据的有效管理和共享应用，不利于海洋大数据的融合和信息挖掘技术的发展；为各类观测平台制定科学而合理的数据管理规范，对于智慧海洋建设至关重要，亟须尽快组织专业人员成立工作组，落实和保障该项工作的有序开展，从而提升我国在海洋大数据信息处理方面的能力。     

浅谈大数据背景下海洋地理信息系统的发展

21世纪是人类开发利用海洋的时代,海洋资源是我国可持续发展的重要保证,当下正处在大数据技术发展的热潮,将大数据技术与海洋信息系统相结合,发挥两者的优势,能更好地为我国海洋信息化服务。本文从大数据的概念出发,探讨了大数据背景下海洋信息系统的发展方向,提出以海洋地理信息系统为平台,建立海洋大数据时空大数据仓库,最后构建基于大数据的多环境多层次智能决策预警系统,为决策者提供依据。     

卫星遥感海面高度数据在渔场分析中的应用综述

通过对卫星测高数据进行分析,结合国内外有关海面高度数据在海洋渔场分析方面应用的文献,着重分析了海面高 度数据与常规海洋外界环境因子之间的关系,概括了海面高度数据对海洋渔场资源变化的影响,并综述了西方渔业发达国家 利用测高数据采用直接和间接方法在海洋渔场环境分析及渔情预报方面的研究应用与进展,最后指出我国海面高度数据在渔 场分析方面的应用现状以及存在的问题,并基于国外情况,对我国今后使用卫星测高数据在渔场方面的应用研究提出了几点 建议。     

大数据时代的海洋地质信息化建设

美国政府的"大数据研究与开发计划"预示基础科学研究领域的大数据技术突破将是未来的重点,在大数据环境下的海洋地质信息化建设应摆脱单纯以数据量论成效的价值观,重视数据的信息服务价值,同时借鉴大数据思维,探索海洋地质大数据挖掘与可视化技术,提升信息价值洞察力,实现数据价值的最大化。     

海洋数据同化与数据融合技术应用综述

简述了不同数据同化和数据融合方法在海洋环境监测与预测方面的应用、国内外相关业务单位的海洋分析和预报系统的现状,以及海洋数据同化将来的业务化应用的发展趋势。四维变分和集合卡尔曼滤波正在成为国际上海洋环境分析与预报的主要应用方向,海-气耦合数据同化以及海冰数据同化是目前数据同化方法研究的热点。     

地质勘查成果数据库建设的关键问题探讨

信息化的飞速发展极大地促进了社会的进步,使人们对信息化的需求越来越迫切,大数据时代已经来临。在海洋地质调查乃至整个地学领域,随着新技术的引进,勘查、研究成果数据内容的不断丰富、数据量不断积累,如何解决海量数据的存储管理、如何应用大数据思维挖掘海量数据中包含的信息和知识,已成为目前亟待解决的问题。大数据融合与共享、多源异构数据信息分析成为地学数据应用的新课题,也给地质勘查成果数据库建设提出了新的挑战。从数据采集标准、数据模型、海量数据存储、数据库架构与功能设计到专题数据分析等方面提出问题关键,并结合实例做实践探讨。     

基于大数据架构的国家海洋创新指标及其预测方法研究

基于国家创新体系理论和大数据思想,探讨国家海洋创新体系定义和范围;根据国家海洋创新体系的具体内容,选取对外海洋技术依存度、海洋仪器设备国有化率、海洋关键技术自主化率、海洋科技进步贡献率、海洋科技成果转化率等作为国家海洋创新预测指标;在Bigtable+MapReduce框架内讨论适用于海洋创新指标的预测方法,探索国家海洋创新指标预测技术思路,为建立支撑海洋创新战略制定的预测体系做了有益尝试。     

《中国海洋物种和图集》成果和编纂情况

海洋具有生态系统范围广大、结构和功能复杂多样的特点,表明海洋物种可能多于陆地物种;但由于人类对海洋中生物种类和分布所知甚少,使得海洋生物资源未能得到有效管理和保护,因此编目和发现新的海洋生物已成为全球的热潮。在我国,随着海洋科学研究和社会发展对于可靠的海洋生物种类多样性信息需求的不断增长,需要进一步加强我国海洋生物多样性研究的系统性,因此,在908专项调查研究的基础上,将更多的海洋生物多样性研究积累进行总结和编研,既是海洋生物基础研究自身的需要,也是开展我国海洋生物多样性评估、保护的工作基础。     

推进我国海洋数据深入共享服务的总体考虑

文章从数据规范与标准体系、资源系统规划与整合、共享服务网络平台、管理与服务质量体系以及资源管理与共享体制等5个方面分析了目前我国海洋数据共享服务的现状和面临的问题。在此基础上,从海洋数据共享技术保障体系建设、海洋数据资源建设、海洋数据共享服务技术平台建设和关键技术研发等4个方面19个要点,提出了深入推进我国海洋数据共享服务的思考与建议。