3.5. 高亚洲寒区地理信息系统研究的若干问题¶
陈贤章、程国栋、曾群柱、鲁安新
(WDC-D冰川冻土学科中心）
从高亚洲冰冻圈长远研究目标考虑，要重视冰冻圈数据系统的研究与开发应用； 要建立高亚洲冰冻圈数据库、进行寒区地理信息系统研究； 要使本研究工作不断向综合、 定量和系统化方向发展； 使更多的专业研究互相渗透和深化；使过去许多分散的、重复的研究状况得以改变； 使研究方法和手段更上一台阶，为此需要有量大面广的数据积累，有效管理和充分利用。
3.5.1. 1 数据集中与建库的必要性¶
与其他资源环境问题研究一样，冰川与冻土学研究的每一步进展都是建立在大量可靠的数据基础之上的。 对基本数据进行系统可靠的积累和整理是科学研究任务中最基础性的研究工作。 回顾过去，在我国高寒地区以及极地地区进行了大量的科学探险、考察、观测、试验等研究工作， 但由于条件限制或其他人为因素使有关的数据资料得不到很好的整理和保存、利用， 以至许多宝贵的数据资料散失，有的数据资料长期为个人占有，数据得不到共享。 在已经归档的数据资料中有的也不系统，不规范，不能为后续研究所使用，不得不做许多重复性工作，造成很大浪费。 更严重的是有些数据资料的损失是难以弥补的。因此寒区数据资料的收集、整理和存储是十分必要的。 为此，通过本研究项目的实施对高亚洲冰冻圈有关的数据资料进行系统的收集、整理和存储。 对项目包括的各课题所需的资料进行统一协调，避免重复收集或无人收集，收集的数据资料为各课题共享。 到项目结束，形成一个具有一定规模和功能的高亚洲冰冻圈数据库， 为后续的深入研究、为数据资源的进一步共享、为高亚洲寒区地理信息系统的建立奠定基础。
3.5.2. 2 高亚洲冰冻圈动态变化与全球变化研究¶
2.1 冰冻圈研究的重要性¶
冰冻圈包括冰川、河湖海冰、积雪和冻土。 1974年斯德哥尔摩国际气象组织会议正式确定“气候系统”概念，并把冰冻圈列为该系统的五个主要组成部分之一， 与大气圈、水圈、岩石圈、生物圈并列，可见冰冻圈在气候变化中的重要性。
冰冻圈的一个重要特点是其对气候变化的敏感性，因而国际上已将冰冻圈的一些组分， 如小冰川的物质平衡、季节性海冰的范围和存在时间， 季节雪盖的范围和存在时间、多年冻土活动层的厚度、多年冻土的温度剖面等列入全球变化监测计划之中。
特别值得一提的是在两极冰盖及高山冰川中，储存着远至几十万年的、连续的、高分辨率的气候和环境变化记录， 通过冰岩芯研究可以恢复大范围、甚至全球规模的温度、二氧化碳、甲烷等的变化规律。 同时也可恢复一个地区降水的变化、化学成分的变化，以及能反映大气环流变化的其他指标。 同样地，多年冻土也有“记忆”温度的能力。利用地温剖面反推古地表温度的研究也已取得成功。 此外，冰冻圈中多种多样的冰川地质作用和冰缘现象遗迹也能提供古代气候和环境变化的重要信息。
冰冻圈作为气候系统的五大组成部分之一，对气候变化又有重大的反馈作用。 由于冰雪的反射率比土和水大得多，又由于冰的融化热和水的汽化热特别大， 因而冰冻圈在地表热量平衡中有举足轻重的作用，每年到达地面的太阳能大约30%消耗在冰冻圈中， 因此冰、雪、冻土下垫面的变化，在以能量平衡为基础的气候模式中有重大作用。
高亚洲由于远离海洋，且群山叠障，所以尽管高寒区降水丰富，并有大量冰雪资源， 但人口集聚的低地则为干旱、半干旱地区。 因此，高寒山区丰富的降水和大量的冰雪储存及其“高山固体水库”效应就成为高亚洲地区人民赖以生存的基本保证。 亚洲主要的大江、大河均发源于高亚洲冰冻圈内，高亚洲冰冻圈因气候而发生的变化， 必将从水资源方面对亚洲人民的生活产生重大影响。
在全球变化研究中，作为冰冻圈主要学科的冰川学（包括冰盖、冰川、积雪、河湖 海冰）和 冻土学（包括地下冰、冰锥、季节冻土和多年冻土）均占有重要地位。
2.2 高亚洲冰冻圈动态变化与全球变化研究¶
高亚洲是指青藏高原为主体及其邻近高山、高原组成的亚洲高原。由于其纬度低、海拔高和面积大的特点， 在全球变化中有其自身的演变规律，并反过来对全球变化有着重大影响。 高亚洲被称为气候变化的“敏感区”和“起搏器”，与极地一起被看作是研究全球变化的关键地区。
因此，在高亚洲冰冻圈研究中树立全球变化研究的观点、考虑全球变化研究的背景、适应全球变化研究的需要是很必要的。
较早树立全球研究观点的应为气象气候学家。早在60年代初，气象卫星获取的大批全球性资料被广泛用于大尺度气象研究中。 特别是全球气象卫星观测系统及全球气象观测网络的建立，推动了全球气象研究的逐步深入。 英国大气动力学家豪顿 (Hougton),利用NOAA气象卫星云图，研究南北两极5OOhPa气压场的运动对全世界水旱灾的影响， 建立起相关模式，从而对水旱灾进行预测，并特别指出它与我国西北地区水旱灾存在着正相关。 在水圈研究方面，利用海洋卫星各种传感器获取的资料绘制全球大洋表面温度图、全球大洋海面起伏形态图、 全球海流分布图和全球海面风场图等。在人与生物圈研究方面，1972年以来，联合国环境小组开始协调国际环境监测活动， 并设立了全球环境监测系统。
2.3 高亚洲冰冻圈数据库与全球数据库¶
近年来，作为解决全球性的资源、环境、生态等问题的一项基础性工作和技术支撑，就是加强全球观测， 发展数据采集和交换网络。建立监测系统，并进一步研究全球变化的预测模型，这就需要建立全球数据库的信息系统。 目前已有不少涉及全球数据库的计划和活动， 例如WDC-A、B、C三个中心分布于世界的27个学科数据分中心 (我国于1988年成立WDC-D，共有9个学科中心） 可提供内容广泛的地球科学数据；联合国环境规划署(UNEP)的全球环境监测系统(GEMS)； 美国国防制图局(DMA)的全球数字制图数据库MINITOPO等。 此外，还有区域性数据库和信息系统，如欧洲共同体委员会的CORINE计划。我国也开展了全国性资源与环境数据库的工作。 囯际地理联合会(IGU)和国际制图协会(ICA)为响应国际科学联合会理事会(ICSU)的国际地圈-生物圈计划(IGBP)而 提出的一项国际计划————环境科学世界数据库，其宗旨是为环境科学提供分辨率为lkm的全球背景数据库， 对现有的和新的数据进行相关分析和模型研究，即具有地理信息系统的数据结构和能力， 以适应不同学科的应用和信息需求[1,2]。
全球性计划的建立和实施，需要国际合作和吸收各国建立的数据库。 因此，从长远看，高亚洲冰冻圈研究应是全球变化研究的一部分； 高亚洲冰冻圈数据库也应作为环境科学世界数据库的一部分，这样有助于全球研究成果应用和促进全球数据共享。
3.5.3. 3 建立高亚洲寒区地理信息系统¶
3.1 问题的提出¶
地理信息系统(GIS)结合地学、计算机、系统工程、经济管理等各学科的知识， 为资源与环境的综合评价、管理、定量分析和辅助决策服务[3]。
地理信息系统是随科学与社会的发展，是应强烈的实际需求而发展起来的。 就拿地学研究来说，对数据信息的应用要求日趋提高，从传统的定性描述发展到定量、定位分析； 从单一要素分析过渡到多要素、多变量综合分析；从静态分析发展到动态研究。 此外，自动制图系统、数据库技术等改善了数据输入、存储、检索、运算方式； 遥感图象处理系统，改善了信息获取数据更新手段； 地学数量化分析和广泛应用，建立地学过程的数学模型、应用分析模型，提供了地理信息系统应用和分析的可能。 因此，自60年代初加拿大国家地理信息系统(CGIS)建立以来，许多有关地理信息系统的组织和机构纷纷建立。 它们在自然资源清查、资源与环境监测、评价、灾害预报、工程建设、经济规划以及地球科学研究等方面得以广泛应用， 并取得明显的经济效益[3,4]。
3.2 高亚洲冰冻圈动态变化研究需要地理信息系统的支持¶
就高亚洲冰冻圈的主要研究内容而论，其主要特点是：动态、响应、监测、预测。 高亚洲冰冻圈基本特征研究，包括发育条件(与大气环流、地势、地形等的关系）和高亚洲冰冻圈在全球变化中的作用等； 气候特征及气候变化研究，包括其变化规律与预测；冰川、积雪、冻土及河川径流对气候变化的响应， 包括应用模型或过程模式；冰冻圈退化对工程和生态环境的影响；高亚洲冰冻圈动态监测系统的建立等。 根据以上研究内容与特点，一方面需要对冰冻圈庞大的数据实行管理与分析， 另一方面在剖析历史数据寻找规律的同时又需要实时信息和数据的更新以求预测未来。 因此，需要借助于地理信息系统和遥感这两个有效工具。 只有在地理信息系统支持下对冰冻圈的多种信息和数据进行管理和运算， 才能提供信息共享、区域综合分析、及时反映动态预测等。
3.3 高亚洲冰冻圈典型地区地理信息系统¶
要在二三年时间里建立一个具有一定规模和功能的高亚洲寒区地理信息系统，尚不具备条件。 但是，在高亚洲范围内选择典型地区建立地区性地理信息系统是有条件而且可行的。 通过建立地区性地理信息系统解决一些主要的技术问题，如利用遥感手段获取的多时相、多波段、 综合和大范围的各种环境数据对地理信息系统数据库进行更新过程中的一些主要技术问题以及数据标准和数据结构等问题， 从而取得方法和经验，然后进一步创造条件为建立高亚洲寒区地理信息系统打下基础。
3.5.4. 4 结语¶
通过研究项目来带动数据库建设是可取的。 从立项开始就把数据库建设作为一个研究内容、在项目进程中也将之列为考核目标，在项目结束作为提交的成果之一。 这样一方面在数据集中建库的同时又能为各研究课题提供数据服务，促进研究进展， 另一方面由于对数据的收集和采集进行统一安排，可避免的重复和无人采集的现象。
由于高亚洲冰冻圈在全球变化中所起的作用，在数据库建设和应用中考虑全球或区域数据的交换和共享问题。 对于寒区地理信息系统的建立重点应考虑其规范和标准， 避免像美国地质调查局(USGS)所建的50多个地质、地理、水资源领域的专题性、区域性地理信息系统， 因缺乏统一标准和规范，给信息共享和交换带来的困难。
高亚洲冰冻圈动态变化研究是长期的艰巨的任务。要使这项工作上一新台阶，建立寒区地理信息系统是不可缺少的， 遥感与地理信息系统的结合、以及从冰冻圈已有的一些局地和专题性信息系统基础上 (具有储存、分析评价、查询检索、自动制图等功能）向数据采集自动化、多功能分析评价模型或专家系统发展是主要目标。
当前我国冰冻圈研究以髙亚洲为主，兼及南极地区[5]。 我们相信，有寒区地理信息系统支持的冰冻圈研究将对古气候与环境的重建、现代各圈层的相互作用、 气候模式的建立以及未来气候和环境变化的预测将起重要作用。
参考文献
[1] 张晋，环境科学世界数据库，资源与环境信息系统国家重点实验室年报，测绘出版社，1989。
[2] D. P. Beckmore, World digital database for environment science, Building Database for Global Science, 1988.
[3] 陈述彭、赵英时，遥感地学分析，测绘出版社，1990。
[4] P. A. Burrough, Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment, Clarendon Press. Oxford，1986。
[5] 施雅风、程国栋，冰冻圈与全球变化，中国科学院院刊，4，1991。
本书得到中国科学院“八五”特别支持项目：“高亚洲冰冻圈动态变化基础研究”和重点项目：“WDC-D数据系统的研究与应用”的资助