美国海洋监测集成系统项目IOOS介绍_汪洋

2003年12月　　OCEANTECHNOLOGYDec.,2003美国海洋监测集成系统项目IOOS1介绍

汪　洋,詹易生,曹　东

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(1.天津大学,天津　300072;2.国家海洋技术中心,天津　300111)

中图分类号:

P71　　　文献标识码:

C　　　文章编号:

1003-2029(2003)04-0114-03

1　综述

海洋对我们非常重要,是气象系统的发源地,天气和气候的改变者,海洋商贸的基础,的屏障,自然资源的最大仓库,娱乐场所、天然的课堂和自然实验室。海滨人口的急剧增长使得对海洋的索取也迅速增加,从而对海滨生态系统平衡的破坏威胁更大,人口的增长有可能导致一些自然灾害。要提高生存质量、对海洋环境有效管理、对自然资源的可持续利用,这些都有赖于:快速检测到海洋生态环境和生物资源的变化;为公众及时预测这些变化及其结果。但目前我们还不具备这种能力。

从历史上看,美国对这些挑战有一些应对方法,但这些方法是不协调的、片面的、临时的。总体上看,所有海洋相关机构的项目并未达到其预期效果,提供的数据和信息满足不了人类的动态需求,不能及时反映自然界的急剧变化,以至无法及时为决策者提供及时必要的信息。当前数据获取、处理、分析的速度已接近于我们社会经济和生态系统所需要的速度。解决海洋变化的科学分析和决策支持过程间的鸿沟是当务之急。

IOOS(anoperationalandsustainedandInte-gratedOceanObservingSystem)正是为应对这些挑战而启动的项目,是一个满足不同涉海用户系统获取和同化资料和信息产品的国家/国际观测网络。涉海用户有机关(如资源管理、土地规划到应急反应和国防安全)、企业、科学家、NGO和公众。这些资料用于监测和预报,需要建立海洋观测和数据处理分析的有效数据传输通道。该系统包含

收稿日期:

2003-06-22

3个子系统:监测子系统、数据通讯子系统和应用产品子系统。

海洋界对IOOS有着迫切的需求。IOOS能充分利用已有资源、新知识和新的技术进步来实现统一综合并且性价比高的方法为以下用途提供数据与信息:

(1)提高海洋操作的安全性和效率;(2)更有效地减轻自然灾害的影响;

(3)更有效地进行气候变化的预报,提高海滨人们的生存环境;

(4)提高;(5)减少公共健康风险;

(6)更有效地保护和恢复海滨海洋生态系统;(7)确保海洋资源的可持续利用。

IOOS将有益于使用或受海洋影响的社会各个阶层,从私人企业、机构到科学教育团体、非

~o热带海洋观测系统组织和公众。例如:ElNin

提高了气候预报的准确性,估计节省农业部门＄300M/a,而该系统只需要维护系统＄10M/a。美国国家海洋协作组织建立的Ocean.US协调

海洋监测集成系统IOOS的开发。

2　IOOS的概念设计

2.1　IOOS的组成

如图1所示,IOOS由海洋监测系统、数据通讯管理系统DAC、建模与数据分析系统组成。IOOS由用户驱动的,用户需求将决定系统的运行方式。

图2中是DAC(DataandCommunicationSub-system)子系统的示意图。DAC起到了总线的作用,即中转作用。1本文整理的资料源于Ocean.US协会的文献。

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究在分布环境下更有效的搜索。

(2)数据传输:中间件是基础;连接异构客户和服务器的网络基础设施;数据提供者应对原有的数据格式和数据库进行转换;应用程序从中间件读

取数据;DODS的OPeNDAP协议是IOOS的导航者,能立即开始DAC的建立;要开发并行的海洋数据模型。

(3)应用产品。

(4)档案:不可替代的观察数据和产品。使用DAC标准可访问这些档案。

图1　IOOS的组成

2.2　IOOS的业务化运行模式

IOOS应当象天气预报系统那样是业务化运行的,并有专门的业务机构来维护其运行。海洋观测系统的目标是形成一个系统地获取和同化资料和信息以满足各种用户团体(如机构、企业、科学家、非机构和公众)的需求。为实现这一目标,需要建立海洋观测和数据管理分析的有效通道以及时将环境资料和信息传送。这就是IOOS的目标,IOOS将建立在部分已有系统的基础上,或增强或补充已有系统。

不同于国家气象局,海洋观测系统由许多不同机构来开发和维护,以至于IOOS如同一床拼凑的棉被,有一些块在适当的位置,其它的已准备好被安装,而且还有一些没有设计。随着时间的发展,技术的进步,其中一些将会被代替。2.3　IOOS系统的分类

IOOS将开发两类相对的系统:全球性的GOOS(见图3),全国性的COOS。GOOS用于提高天气预报和气候预测的准确性。COOS主要关注海洋-气候和人类活动对海滨生态环境、生物资源、海滨区域生存质量的影响上。COOS是在国家观测/数据处理/建模的基础框架之上各区域观测系统的联合。区域观测系统受益于也有益于国家观测基础框架。

(1)GOOS

GOOS是一个国际合作项目,计划:

a.继续布放海洋观测卫星;b.增强海滨水面的全球观测;c.利用先进技术对海洋平面进行系统监测;d.对温度和盐度的集成海洋监测;e.定点时序观测站的建设;f.海洋炭和海水状况的测量。

(2)COOS

图4所示的COOS是区域海洋监测系统的联图2　IOOS中的DAC子系统示意图

DAC有以下作用:

(1)使IOOS数据有更广泛的应用范围,屏蔽了数据格式、数据位置和大小等异构;

(2)用户使用浏览器浏览和比较数据;

(3)对或大或小的数据提供商,只需要做很少的工作就能让别人使用数据;

(4)DAC是一个海洋数据的“自由市场”,很容易比较IOOS产品和其它结果;

(5)DAC将鼓励私有部门为特殊用户开发增值产品。

DAC有4个研究小组:

(1)元数据与查询:建立完整的、一致的可查询的元数据,元数据与数据不可分,创建或采用标准的共享词汇;为数据提供者提供培训和工具;使人工的任务更自动化;为研究建立WebPortal;研　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　海　洋　技　术　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第22卷116

　　(3)有选择地、系统地把新的知识、技术和模型应用到可业务化运行的海洋观测系统中;

(4)对系统性能进行评估。

3.2　GOOS开发的步骤

(1)Argo和全球海洋时序观测的完全实现;

(2)成功实现GODAE(GlobalOceanDataAs-similationExperiment);

(3)优化全球观测网络;

(4)利用关键的生物和化学传感器增强海洋时

图3　GOOS与COOS的关系示意图

序观测。

3.3　COOS开发的步骤

(1)增强已有的联邦平台观测网络如定点平台和潮汐仪器提高时间和空间的观测分辨率以拓展物理、化学和生物测量的spectrum。

(2)将各区域观测系统(作为概念设计的原型系统)构建成IOOS的一部分,逐步组成全国性的联合系统。

已有的管理机制满足不了IOOS的实施、维护。

4　资金保障

图4　美国COOS示意图

盟,区域边界只是一种概念上显示,实际中,边界

由地方当局决定。

联邦预算中IOOS的研究经费是＄600M,而用于业务化运行的经费则大约是＄1B。为实现IOOS的额外经费是每年＄500M。整个项目是一个分阶段的多年计划。为启动该项目,需要投入新的资金:加速实现美国对GOOS的承诺(＄30M);开发IOOS的数据通讯管理系统(＄18M);增强和拓展已有的联邦项目(＄40M);开发区域系统(＄50M)。开始阶段新的投入估计要＄138M。

3　实施步骤

3.1　开发IOOS的步骤

(1)选择已有的系统进行改进和功能的增强;

(2)建立集成的数据管理系统;