南卓銅：引航西部地學信息化研究

2014-01-05 　　 　　

他建立的青藏高原年平均地溫模型被用于近年出版的中國冰川凍土沙漠圖，該圖是研究青藏高原多年凍土分布的權威地圖；他負責的中國西部環境與生態科學數據中心是西部地學研究數據資源最豐富的數據中心，是進入世界知識庫的中國兩家機構之一；他主持的黑河流域空間決策支持系統部署于甘肅省水文局、張掖市、縣水務部門及下屬灌區，為黑河流域水資源合理利用決策發揮作用。 　　

他就是中國科學院寒區旱區環境與工程研究所南卓銅研究員。多年來，南卓銅研究員致力于地理信息系統與空間決策支持系統的建立、寒區水文/陸面過程建模及方法論的研究、科學數據共享，不斷為傳統的地學研究注入信息技術的新方法，并在此過程中取得了卓有成效的收獲。 　　

集大成：黑河流域地理空間決策支持系統 　　 　　

決策支持系統是流域科學研究成果轉化的重要工具。受到國家自然科學基金項目、科技部高新技術863項目的支持，南卓銅研究員課題組結合地理信息系統技術、數據庫技術和多種決策方法，圍繞黑河流域中上游水土資源問題，設置水權轉化、退耕還水、生態補償、水源涵養林保護等情景，建立水土資源情景評估體系，演示基于決策支持系統為流域管理提供科學決策依據的能力，主要解決如何發展一個易于使用、便于擴展、集成多學科科學模型的滿足流域集成管理需求的空間決策支持系統，以及如何集成多種學科模型從而提供中上游水土資源的情景評價能力，理解政策如何影響水土資源利用等關鍵科學問題。 　　

目前南卓銅研究員等人已設計和建成了一個通用的基于科學模型的多準則決策支持系統，在易用性、擴展性、模型庫集成方面做了大量的工作，并創新性地提出了一種支持多學科模型集成和技術層面解決模型多時空尺度集成難題的決策支持系統方案。對決策支持系統必需的知識系統進行了較細致的研究，尤其是對水文建模相關知識進行了較好的歸納和組織。成果特色在于將水文、陸面過程、生態、土地利用變化、社會經濟等多學科模型集成在統一的決策支持系統框架內。他領導的課題組建成的決策支持系統已經初步部署在甘肅省水文水資源勘測局、甘肅省張掖市、縣水務部門及33個灌區開展實際應用測試。 　　

走新路：凍土分布和情景模擬 　　 　　

南卓銅研究員是國內較早將地理信息技術應用于凍土研究的學者。受到青藏鐵路重大項目、國家重點實驗室開放基金、科技部科技基礎性工作專項的支持，他對青藏高原多年凍土分布進行較系統的研究，評價了國內外流行的多年凍土分布模型在青藏高原的適用性，其中基于年平均地溫模型的模擬結果應用于2005年出版的《中國冰川凍土沙漠分布圖》，是目前最新的被廣泛應用的凍土圖。該成果創新性地擴展了經典的尼爾森凍土分布模型，具備比原模型更好的模擬性能；較早地應用探地雷達進行野外多年凍土調查，證實了西大灘多年凍土退化的事實。結合氣候變化情景，他們模擬了未來50年、100年的青藏高原多年凍土變化情況，并結合鉆孔含冰量數據，第一次估計了青藏高原多年凍土含冰量。情景模擬和含冰量估算結果是青藏鐵路重大項目的匯報內容之一。同時，這也是國內較早的將遙感和地理信息系統手段成功應用于青藏高原凍土分布、凍土區植被和土壤分類。 　　

在目前承擔的凍土工程國家重點實驗室開放基金課題“Noah陸面過程模型熱力學參數化方案改進及青藏高原凍土水熱狀況模擬”上，他們在Noah LSM的熱力學參數化方案評價的基礎上，進行Noah LSM的熱力學參數化方案的改進以提高對凍土水熱狀況的模擬性能；利用改進后的Noah模型對青藏高原凍土水熱狀況進行分布式模擬，在此基礎上，將探討青藏高原多年凍土空間分布和凍土層含冰量時空分布等凍土學研究關心的問題。 　　

填空白：地表過程建模環境 　　 　　

流域科學問題是復雜的多學科交叉問題，而多學科（水文、陸面過程、生態、社會經濟等）模型集成是重要的工具，然而多模型的集成不僅涉及模型機理、尺度等科學問題，還有很大的技術工作量將模型代碼連接到一起。依托計算機平臺的建模環境是較好的進行模型集成的技術手段，實現高效的建模流程。國際上從上世紀80年代開始就考慮依靠計算機技術搭建模塊化的建模平臺，2000年后出現一些主要的用于水文和生態建模的平臺。國內也開始e-Science等科研信息化的研究內容，但此工作一直是國內的空白。受中科院重點方向項目的支持，南卓銅研究員項目組圍繞地表過程建模，突破了集成環境的模型控制、模型參數優化與數據匹配等關鍵技術方法，標準化和集成了近70個水文、陸面過程、生態、人文等地表子過程模型，建成了一個復雜地表過程綜合建模環境平臺，在模型重用、模塊創建、基于知識的模塊組合等方面具有特色，為地表過程集成建模奠定了堅實的基礎，提高了地表過程建模的方法論研究。此工作填補了國內該領域的空白，此后國家自然科學基金委啟動的“黑河流域水文—生態集成研究”重大計劃開始啟動類似研究的項目。 　　

建門戶：數據共享研究 　　 　　

受到國家自然科學基金重點項目、青海湖數據中心項目、科技部基礎條件平臺項目的支持，南卓銅研究員團隊建成了基金委重點項目中國西部環境與生態科學數據中心（http://westdc.westgis.ac.cn，西部數據中心），整理、規范和共享中國西部的環境和生態數據。從2006年試運行，截止到2012年11月，網站注冊用戶超7500人，來自80多個國家的20多萬人次訪問，數據總服務量50TB以上，向300多家國內外科研單位提供了數據服務，至少有369篇期刊文章顯著標注了數據來源于西部數據中心。截止2012年10月，數據中心為50個973項目、11個863項目、114個自然科學基金項目、33個西部計劃項目、39個國家科技支撐計劃項目、10個中科院知識創新重大工程項目、45個基金委重大計劃黑河流域計劃項目、148個研究生論文等提供了數據支持，已經成為地學口數據共享的主要門戶之一。數據服務成效得到了科技部主管領導的好評，并希望將經驗推廣到國內其他學科數據中心。 　　

同時，他們建成了擁有自主產權的全部基于開源軟件的科學數據共享平臺，基于此平臺，為青海省環保廳建立了“青海湖流域生態環境綜合數據中心”（http://deep.qherc.org/）；率先在國內數據中心開展數據和知識的集成、在線模型服務等工作，實現青海湖流域各類生態環境數據的管理和共享，實現青海湖流域生態環境數據的網絡發布，并提供生態環境數據的網絡服務，實現業務化運行。 　　

在科技部科技基礎性工作專項“青藏高原多年凍土本底調查”子課題“青藏高原多年凍土遙感與本底數據共享”上，南卓銅研究員等人整理、分析、集成了多年凍土本底調查典型區內各類調查數據，整合、融合以往數據，深入分析數據的內在關系，最終構建青藏高原多年凍土本底信息共享系統；以遙感數據為信息源，結合野外調查、監測數據資料，建立地面覆被特征和環境變量的遙感提取方法；在分析凍土特征和環境因素的基礎上，進行青藏高原多年凍土分布模型研究，結合陸面過程模型研究青藏高原多年凍土的發生、發展和演化規律。 　　

專家簡介 　　

南卓銅，中國科學院寒區旱區環境與工程研究所研究員、博士生導師。1977年1月出生。1998年畢業于蘭州大學地理科學系獲本科學位；2003年畢業于中國科學院寒區旱區環境與工程研究所獲理學博士學位；2007-2009年在美國匹茲堡大學做博士后研究。近年主持科技部863、國家自然科學基金面上、中科院重點方向等多項科研項目；在國內外期刊發表論文60余篇；出版專著1部、地圖1部；建立數據共享平臺2個、軟件著作9個；指導研究生10余名。任九三學社甘肅省第7屆委員會委員、西北師范大學兼職教授 (2010-)、蘭州大學資源環境學院兼職副教授(2006-)、中國科學院北京研究生院兼職副教授(2005-)、聯合國教科文組織國際水文計劃“干旱區全球水與發展信息網絡”亞洲秘書處秘書、國家863計劃專家庫專家、GIS協會理論與方法專業委員會委員、國家自然科學基金委地學學科函評專家、江蘇省科技咨詢專家等；擔任《冰川凍土》、《干旱區地理》、《中國礦業大學學報》、《Advances in Information Sciences and Service Sciences》、IEEE J-STARS等多家國內外期刊評審。

來源：科學中國人 2013年 第1期