世界数据中心在海洋国际合作中的作用

刘法孔

  • (WDC -D海洋学科中心)

1 数据交换系统在海洋研究中的作用

浩瀚的海洋是人类生命的摇篮,是人类生息繁衍赖以生存的一大支柱。全球的海洋总面积3.6亿平方公里、约占地球表面的71%。假设地球的地壳是个平坦光滑的球面,那么地球便成为一个表面被2600多米深的海水所覆盖的“水球”。由于海洋本身的整体性,海洋中各种自然过程相互作用的复杂性和主要研究方法、手段的共同性而统一起来,使海洋科学成为一门综合性很强的科学。

海洋作为地球水圈的重要组成部分,与大气圈、岩石圈以及生物圈相互依存、相互作用,成为控制地球表层的环境和生命特征的一个基本环节。由于海水具有很高的热容量,因此世界海洋是大气中水汽和热量的重要来源,是地球上太阳辐射能的一个巨大的储存器,所以海洋是大气-海洋系统中的重要组成部分,在地表物质和能量平衡过程中发挥着重要作用。以至对全球天气和气候的形成,甚至对地球表面形态的塑造都有深远的影响。

海洋作为一个物理系统,发生着各种不同类型、不同尺度的海水运动的过程,对于海洋中的生物、化学和地质过程有着显著的影响。海洋中各种物理过程小到海水层的细微结构,大到反映海况的季节变化、年变化。而全球尺度的过程如海洋-大气相互作用,不仅可以在几个月、几年内对地球上气候带来影响,而且可以在漫长的地质时期中导致显著的气候变异。由于海洋物理系统的复杂性才导致现代海洋科学发展成为一个相当庞大的体系。一方面使得海洋学科分化越来越细,另一方面又使得海洋学科的综合化趋势越来越明显。正因为如此,海洋研究的国际合作也就必然大大加强起来。

随着海洋研究的国际合作频繁和加强,国际地球物理年IGY以后国际科学联合会成立了世界数据中心A和B,分别设在华盛顿和莫斯科。为了满足日益增长的海洋资料和资料产品的需要,1988年国际科联接受中国的申请成立了世界数据中心中国中心WDC-D海洋学科中心,设在天津的国家海洋信息中心。1960年政府间海洋委员会IOC成立的同时也建立了国际海洋资料交换委员会IODE,现在国家海洋信息中心也是IODE的成员。1991年国际海洋资料交换委员会和世界数据中心联合工作,通过各参加国之间的海洋资料交换来保证海洋科学研究、考察和海洋资源开发利用。

政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会目的在于促进政府间海洋委员会成员国之间海洋资料和信息的交换,以提高海洋科研、海洋勘探和海洋开发的水平。政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员佘提供数据编码和测报的标准格式,编制数据目录及国际上资料与信息交换指南。世界数据中心海洋学科中心属于国际科学联合会理事会世界数据中心系统,亦被认为是政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会系统的一部分。政府间海洋委员会和国示科联理事会在海洋学科方面的合作是 通过政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会和国际科学联合会世界数据中心专门委员会之间密切配合进行的。

政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会的基本原则是国家有关机构、国际计划和科学家个人均可自愿向政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会系统资料中心提供资料。WDC海洋学科中心接收国家海洋资料中心、海洋科学组织、科学家个人等提供的数据及其清单;在世界数据中心之间免费交换数据、出版物和数据清单;并可应用户要求向国家海洋资料中心和国际合作交换计划提供数据、数据清单和出版物的复印件。

海洋资源勘探、沿岸国专属经济区的开发以及保护海洋、防止污染都离不开对大量准确数据的分析。如果以很大的代价换取的测量资料只使用一次。这显然是极大的浪费;若将数据予以储存,反复使用,对所有国家都会受益。海洋之浩大,环境之复杂是任何一个国家都无法全面监视、监测的,就是美国、日本这些经济实力雄厚的发达国家也无力对世界海洋进行全面考察。也只有靠国际海洋组织或者政府间海洋合作调查来研究浩瀚的处于不停地变化的海洋。所以各发达国家都积极参与资助全球的海洋观测系统、热带海洋与全球大气计划、世界大洋环流实验计划和全球海平面观测系统等国际海洋合作项目进行海洋研究为本国服务。

热带海洋与全球大气实验计划(TOGA)、世界大洋环流实验计划WOCE和中日黑潮合作调查研究(JRK)等国际海洋科学计划都竭力发展自身的数据管理体制,以服务于自身的近期目标。现在许多科研计划已经获得许多数据集,仅到1988年世界级海洋资料中心的国际海洋数据库系统已拥有2250000站次以上的观测数据,海洋站数据960000站次以上,温深数据505000站次,生物观测135000站次,海流测量660000站次,有效数据覆盖17000个以上调查航次。然而这样大量数据的交换处理必然存在着诸如格式化、标准化和数据质量控制等问题,政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会将建立各资料中心数据协调系统,协调环境数据流的数据搜集和存挡等问题。为了便于海洋资料中心及其用户之间的数据交换,政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会已推出了通用格式(GF-3格式)。GF-3是一种全业务型的尖端格式系统,它能使用磁带、软硬磁盘和其它载体。此格式系统便于进行自动处理,它拥有按FORTRAN语言编写的强大而且支持力可伸长的软件系统。 WDC-A发展了自动目录系统,能用于产生WDC-A、B和D海洋学科中心现存数据普通硬拷贝目录和联机数据库检索目录,以利用交换资料信息达到资料共享和充分发挥效益的目的。

随着科学技术的发展,海洋开发利用已成为海洋国家经济发展的主要战略组成部分,海洋工业将发展成为第四次工业革命的骨干工业之一。海洋环境和资源保护也已成为国际社会共同关心的事业,因此在海洋领域内的国际合作也就显得越来越重要,事实上,近40年来国际合作的领域越来越广,而且国际合作项目的规模也越来越大,政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会系统和WDC的各世界级海洋资料中心参与全球海洋观测的各项计划,加紧海洋资料的搜集、处理和服务就显得尤其重要。鉴于这种形势,政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会正在计划开发海洋资料处理软件包和微机资料交换系统;支持发展中国家成立国家海洋资料中心,以组织海洋资料和信息管理的培训班;参与资料管理及全球合作计划所产生的数据集的分发和最后存档,提高资料交换的速度和效率;参与全球海洋观测系统资料管理方案的制定和规划,并通过联合国粮农组织、IOC和水科学与渔业信息系统的合作,扩大海洋信息系统,开展高质量信息服务。

2 WDC-D在海洋国际合作计划中的作用

WDC-D海洋学科中心设在国家海洋信息中心,国家海洋信息中心也是政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会的成员和政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会的国家协调员,并参加了政府间海洋委员会国际海洋资料交换委员会的六个工作队的工作。WDC-D海洋学科中心根据政府间海洋学委员会国际海洋资料交换委员会系统和世界数据中心的基本工作原则,积极参与国际合作项目的数据管理、分发和提供有关的历史数据集。在国际上积极进行项目资料的搜集、处理和交换,对内对外开展资料和资料信息服务。

WDC-D海洋学科中心近几年在中美海气相互作用联合调查、世界大洋环流实验计划、中日黑潮合作调查及全球海平面观测系统(GLOSS)等国际合作中都充分发挥世界级海洋资料中心的作用,搜集、处理和分发海洋资料及海洋资料信息,开展资料和资料产品肢务。

气候异常问题,是当前各国科学家和政府十分重视的问题。科学家们总结了近80年来有关气候异常的研究成果认为,占全球海洋面积1/2的热带海洋是引起全球气候异常变化的重要原因,因此世界气象组织和国际科联联合制定的“世界气候研究计划”设立了一个为期十年的“热带海洋和全球大气”研究计划,其目的在于研究热带海洋的全球大气的年际变化及其相互关系,藉以提高全球气候的预测水平。从1985年开始我国国家海洋局和美国国家海洋大气局联合行了西太平洋区域11°S—20°N、116° W — 165° E热带西太平洋海气相互作用研究现场考察。从1985年12月到1990年7月共进行了八个航次的考察,观测的项目为物理海洋、海洋化学、海洋生物、海洋气象、海洋边界层及太阳辐射等28个项目。热带西太平洋海气相互作用研究的科学目标是了解热带西太平洋区域的海洋和气象状况的基本特征及其中长期演变规律,对开发海洋资源、保障海上交通和生产安全可能会遇到的海洋环境问题提供必要的资料和科学依据;了解热带西太平洋上层海洋和大气的热力结构、能量收支和运动学、动力学特征及其与厄尔尼诺现象发生、发展的关系,探索厄尔尼诺的可能预报方法,进而研究改进北美、东亚 和全球其他重要经济区海洋环境和天气、短期气候变化的预报;了解海洋和大气相互作用的物理过程,通过现场观测、诊断分析等手段可取得某些物理量和参数的基本数据,建立比较切合实际的大气和海洋中各种主要物理过程的参数化方案和海气耦合模式,探讨海洋和大气环流的基本理论问题。

在中美洲热带西太平洋海气相互作用联合调查中,WDC-D海洋学科中心负责中美海气相互作用联合调查资料的搜集、处理和交换,美国海洋资料中心(WDC-A)负责美方的中美海气相互作用联合调查计划资料交换。国家海洋信息中心根据中美合作协议精神,制定了中美海气相互作用联合调查资料管理和交换规定。每个航次每条船都有国家海洋信息中心人员上船随船调查搜集资料。在整个合作调查中,国家海洋信息中心已收到美方提供的电导率-温度-深度/溶解氧(CTD/O2)资料磁带297盘、软盘26片其中有一部分为原始调查资料,2千帕、10千帕CTD资料;CTD资料出版物一册,包括1至4航次的336站次水温、盐度、密度、溶解氧资料;投弃式温度-深度计 (XBT)资料158盘带;定点浮标气象和表层水温一盘磁带;高空气象资料磁带一盘;澳大利季风实验(AMEX)、赤道中尺度实验(EMBX)、机载一次性深度-温度计(AXBT) 资料等158盘磁带。国家海洋信息中心向美国提供了CTD/O2资料8盘磁带,XBT资料9盘磁带,声学多普勒海流剖面仪(ADCP)资料软盘23片,气象资料3盘磁带1663站次,船位资料软盘17片。根据中美海气相互作用合作调查资料,国家海洋信息中心编辑出版了《热带西太平洋海气相互作用研究调查图集》,图集中各要素图形象地反映了热带西太平洋海洋要素的垂直结构、断面分布,风与流的关系及各要素分布、年际变化等物理海洋状况。图集清楚地反映1986—1987年厄尔尼诺事件发生、发展和消衰的全过程及海洋水温和海流的异常变化。

中日黑潮合作调查研究是1987年由中国国家海洋局和日本科学技术厅联合进行的。黑潮是一支强大的暖流,带着巨大的水量和热量,从赤道海域北上,经东海向日本东部海域流去,它的存在和变异给中日两国的气候、渔业、海运等社会经济活动以重要的影响。因此,掌握黑潮的变化规律,搞清它的变化机制以及它给中日两国带来的各种影响已成为重要的课题。中日黑潮合作调查研究历经七年先后在27条断面,完成了23个航次,2070站次的调查。中国国家海洋信息中心和日本国家资料中心分别代表本国搜集、处理和交换中日黑潮调查资料。在整个合作过程中,日本国家海洋资料中心向我国国家海洋信息中心提供了17个测点30个层次的锚系浮标资料,4139站的盐度-深度(SD)资料,742个站的盐度-温度-深度(STD)资料,7712个站的CTD资料,5153站次的XBT资料,2533个站的可回收式温度-深度计(DBT)资料和4802个站的电磁海流计(GEK)资料。我国向日本提供了8个测点22个层次的锚系浮标资料,2198个站的SD资料,483个站的STD资料,1107站CTD资料,125个站的XBT资料,86个站的GEK资料。中日双方互派资料处理技术人员进行了技术交流和合作。中国国家海洋信息中心和日本国家海洋资料中心,根据中日黑潮合作调查资料分别隔年出版一卷中日黑潮合作调查海洋水文图集。图集分四季度给出了盐度、温度、海流和动力深度偏差等值线图、断面分布图,较真实的反映了黑潮的变化情况。

世界大洋环流实验计划(WOCE)的目标是发展对气候变化预测有用的模式,搜集检验这些模式所必需的数据;确定WOCE特殊数据集表示海洋长期特性的代表性;寻找测定大洋环流长期变化的方法。中国1992年已成立世界大洋环流实验中国委员会,并确定WDC-D海洋学科中心为中国世界大洋环流实验计划委员会的资料中心,参与WOCE料管理,搜集国内外现有的历史资料和正在执行中有关WOCE计划所得的各种资料;沟通资料产出和流通渠道,规定资料交换的格式和介质,并将收集的WOCE资料以及有关资料清单和编辑出版的WOCE计划专用的资料目录发放给WOCE计划参加单位和专家;改进现有资料交换、存档和服务的方式方法,以便于WOCE计划参加者均能共享所需要的数据资源;建立特定的WOCE数据集和WOCE计划所需的各类海洋综合数据库。

GLOSS是政府间海洋委员会(IOC)协调的一个国际系统,以海平面站全球网为基础提供高质量标准化海平面数据。海平面站全球网将监测由于全球变暖而引起的海平面变化,阐明大洋环流图、气候变迁以及为国际及地区研究计划及各国的实际应用做出贡献。WDC-D海洋学科中心一方面享受各国际规划所产生资料集中和永久存档处理的权力,另一方面也肩负着向国际规划提供所需资料的职责。美国WDC-A海洋学科中心1991年以前已向WDC-D海洋学科中心提供了20余站的逐时水位资料及1000余站月平均资料。现又表示向我国提供12站的水位逐时资料,26个站的潮汐调和常数和24个站的月平均水位资料。WDC-D海洋学科中心1991年以前向全球海平面观测系统按时提供4个站的海平面资料,现在经有关部门批准开始交换我国12站的海平面资料和16站的水位资料。

大洋矿产资源调查。20世纪中期以来,海底科学取得了迅猛的发展。伴随着海洋科学的发展,人类开始认识到海洋可以弥补陆地矿产资源的不足。人类已经证实,当今仅次于海底油气资源的矿产是众所瞩目的大洋多金属矿产。原苏联、法国、印度和日本陆续被联合国国际海底管理局和国际海洋法法庭筹委会批准为先驱投资者,在太平洋或印度洋分配到一定的合法矿区。至1990年我国先后在太平洋赤道水域进行了数十航次调查,并向联合国国际海底管理局提出申请。1991年3月召开的该筹委会总务委员会正式批准我国为先驱投资者,从此我国获得了15万平方公里的国际海底矿区。由国家海洋局、地质矿产部、冶金工业部和有色金属总公司四家依托部门成立了大洋矿产资源协会。WDC-D海洋学科中心作为大洋矿产资源协会的资料中心与各有关国家资料中心进行业务往来。WDC-D海洋学科中心对我国调查的大洋矿产资源资料进行了搜集处理和交换,绘制了各种分布图、频率图。在大洋矿产资源协会的领导下,在有关专家的指导下整理了一整套向联合国国际海底管理局申请登记为先驱投资者的资料,为我国获得15万平方公里的国际海底矿区做出了应有的贡献。

3 加强WDC-D的建设,适应国际合作的需要

随着海洋技术的发展和国际合作的加强,各世界级海洋资料中心都在加速自身的建设,以适应新设备、新技术所产生新型海洋资料的搜集、处理和交换。近几年来,WDC-D海洋学科中心在引进、消化、吸收国外先进的海洋信息处理技术的基础上,结合我国的实际情况,充分利用现有的设备,从资料预处理到产品输出已初步形成了一个信息服务系统。在海洋资料的处理能力上已接近或达到世界水平,同时也肩负起了应尽的国际义务。

经过几年的艰苦努力,国家海洋信息中心在现代信息技术的研究、发展以及海洋信息的系列化、标准化和自动化建设方面,已取得长足进展。WDC-D海洋学科中心已将现存的六万兆字节的四类270种海洋资料进行了系统分析和设计,以计算机为基础,把30多年来搜集的国内外浩如烟海的海洋资料进行了标准化处理,制定了“海洋数据应用记录格式”等三个国家标准和三个行业标准。并已将全部资料存入计算机,通过不同技术和方法的严格的质量控制,分类、排序、查重、删除和合并等作业程序,建成了南森站、海洋站温盐、风浪、气象、海流、潮汐、海洋化学、海洋地球物理、大洋锰结核和沉积物等十几个海洋资料文挡,完成了海洋资料信息服务系统第一阶段的任务。海洋资料的现代化处理保证了数据的精确性、完整性、相关性、时间性和保密性,将原单一、杂乱、分散的,事实上无法综合应用的海洋资料活化,使其成为综合性的信息资料。

经过信息化处理的海洋资料文档具有数据标准化处理功能,严格的质量控制功能,自动维护管理功能,自动查询、检索功能及统计计算功能。由于文档建设参考了国际标准和国际通用格式,可以直接将我国开放部分的资料并入国际联网检索系统,进行资料交换和联机查询检索。有关专家鉴定认为,海洋资料文档吸收了国内外先进方法,合理设计和确定各种类型的数据质量技术标准及质控参数,数据质量控制达到世界先进水平;海洋数据的计算机处理、实用规模和海洋数据库的探索在国内居领先地位,为我国海洋数据处理和数据库的建设提供了极有价值的经验,是我国海洋信息资料开发利用的一项重要研究成果。

随着海洋事业的发展和国际合作联合调査项目的增加,出现了许多新型海洋资料,要处理这些由先进仪器观测的资料必须研究发展各种新型资料的处理技术。几年来,国家海洋信息中心对CTD资料、多普勒海流资料、卫星航空遥感资料和浮标资料进行了研究处理,取得了可喜的成绩。特别是在浮标资料的处理方面,根据我国的具体情况独立地研究了一整套从海洋浮标记录载体转换、预处理到各种要素的统计计算和自动绘图的处理系统。浮标处理系统吸取了国内外的先进技术和经验,其软件结构合理、效率高、功能齐全能自动化地对浮标资料作标准加工处理、绘图及各种形式的输出。专家们认为浮标资料处理系统为我国浮标资料处理开创了一条新路,提供了宝贵经验。

作为海洋资料处理的一个重要方面,海洋制图也由手工清绘向自动绘图技术迈进。目前正着手建立海洋底图数据库,利用计算机辅助绘图系统(CAD)自动绘制海洋底图、海底地貌图、各种要素的计算机填图以及绘制玫瑰图、过程变化曲线图、垂直分布图等,中日黑潮调查图集和渤、黄、东海水文图集,从资料统计到数据填图全部实现自动化,部分图件也摆脱了繁重的手工作业,受到国内外海洋学家的好评。

国家海洋信息中心虽然在海洋资料处理现代化建设方面取得了一定成绩,但与发达国家相比还有相当的差距。该中心计划用五年或更长的时间完成海洋情报文献、海洋资料、海洋科技档案的整体自动化建设;建成各类数据库,完成产品系列设计;跟踪现代海洋信息处理先进技术,能及时采用先进技术处理海洋浮标、卫星遥感、多普勒海流等各种新型资料,进一步发展潮汐、潮流预报技术及海洋制图系统和机编出版系统,建设海洋信息网络国内通讯系统,使国家海洋信息中心形成完善的海洋信息服务系统,对全国进行准确、及时、有效的信息服务,真正肩负起国家和有关国际海洋组织赋予的职责,为国家海洋事业和世界海洋科学技术发展发挥应有的作用,做出应有的贡献。