地球科学进展 ›› 2014, Vol. 29 ›› Issue (2): 265 -274. doi: 1001-8166(2014)02-0265-10

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面向数据共享的地球系统科学数据分类探讨
王卷乐 1( ), 林海 1, 2, 冉盈盈 1, 3, 周玉洁 1, 4, 宋佳 1, 杜佳 1   
  1. 1 中国科学院地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室 北京100101
    2 国家自然科学基金委员会 北京 100085
    3 天津国土资源和房屋职业学院 天津 300270
    4 中国矿业大学(北京) 北京 100083
  • 收稿日期:2013-10-10 出版日期:2014-03-10
  • 基金资助:
    感谢孙九林、黄鼎成、陈泮勤等对分类体系的指导。感谢高孟绪、柏中强等参与分类研讨。;国家科技基础条件平台专项项目#cod#x0201c;地球系统科学数据共享平台#cod#x0201d;(编号:2005DKA32300);中国科学院信息化专顶项目(编号:XXH12504-1-01)资助.

A Study of Earth System Science Data Classification for Data Sharing

Juanle Wang 1, Hai Lin 1, 2, Yingying Ran 1, 3, Yujie Zhou 1, 4, Jia Song 1, Jia Du 1   

  1. 1.State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101,China
    2. National Natural Science Foundation of China, Beijing 100085,China
    3. Tianjin Land Resources and House Vocational College, Tianjin 300270, China
    4. China University of Mining & Technology (Beijing), Beijing 100083, China
  • Received:2013-10-10 Online:2014-03-10 Published:2014-02-10

地球系统科学数据共享在国际、国内都有迫切的需求。由于地球系统科学固有的学科交叉性和综合性,如何建立科学、通用的数据分类体系是困扰该领域数据共享和服务的难题。首先综合分析了国际上地球系统科学领域主要的数据分类体系,重点对美国全球变化主目录(GCMD)分类系统及其2005#cod#x02014;2013年的演变趋势进行分析,指出当前该数据分类呈现扁平化、两极化的显著特征。在此基础上,重点梳理了国家科技基础条件平台#cod#x02014;#cod#x02014;地球系统科学数据共享平台的用户服务记录,揭示了用户访问频次最高的数据集和检索关键词。结合GCMD系统化、结构化的分类思想和国家地球系统科学数据共享平台用户化的数据服务需求,提出扁平化的地球系统科学数据目录分类和规范化的关键词表体系2种分类模式。

There are urgent requirements for data sharing on Earth System Science in China and abroad. How to build a scientific and universal data classification system is a difficult problem faced by Earth System Science data sharing because there are inherent characteristics of interdisciplines and integration. Firstly, the main international Earth System Science data classification systems are comprehensively analyzed in the paper. Global Change Master Directory (GCMD) classification architecture and its change trend from 2005 to 2013 are studied in detail. Then two typical classification features nowadays are pointed out, which are flat classification trend and bipolarity feature, i.e., super simple classification and super comprehensive classification. Online data services records of Data Sharing Network of Earth System Science (DSNESS), National Scientific and Technological Infrastructure, were calculated. High frequency visiting data sets and key words querying records were listed. Classification idea was produced with the combination of GCMD system and structural classification and DSNESS's user requirements and data services in practice. Data catalog system and keyword system are proposed finally. Data catalog system has 14 first class types and 173 second class types. Besides traditional sphere structure classification, new classification with China features are added to the data catalog system, such as typical region, nature resources, and so on. Keyword system includes 13 first class types, 71 second class types and 686 keywords. According to the service practice of DSNESS, serials of typical keywords are added to keyword system, such as typical natural region in land surface, ecosystem in biosphere, economic resources in human factor, nature resources, and so on.

中图分类号: 

图1 美国全球变化主目录(GCMD)分类系统首页
Fig.1 Interface of Global Change Master Dictionary classification system
表1 美国GCMD数据类型2005年统计表
Table 1 Global Change Master Directory data type statistics in 2005
图2 美国GCMD一级数据库类型2005#cod#x02014;2013年变化
Fig.2 Databases change of first class of GCMD from 2005 to 2013
表2 下载次数位居前20位的数据集名称
Table 2 Top 20 download datasets name of DSNESS
表3 高频检索主题词列表
Table 3 List of high frequency search words
表4 地球系统科学数据目录分类
Table 4 Data catalog classification system of Earth System Science
一级类 二级类
大气圈 温度、降水、气压、辐射、电离层、云、水汽、蒸发、风、二氧化碳、甲烷、臭氧、NO2、温室气体、气溶胶、湿度/干燥度、大气污染、大气成分
陆地表层 基础地理、土地利用/覆盖、区划、地形、地貌、土壤、沙漠、湖泊、湿地、环境、污染
典型区域 青藏高原、黄土高原、寒区旱区、长江三角洲、黄河中下游、东北黑土区、新疆与中亚、南海及毗邻海区、湖泊-流域
生物圈 生物、植被、动物、细菌、生态系统
冰冻圈 冻土、冰川、冰、雪
陆地水圈 地表水、地下水、水循环、径流、水利、水文、水系、水环境、水化学
人文因素 人口、社会经济、区划、灾害、荒漠化、农业/农作物、酸雨、残留物、污染物、重金属、噪声、城市化、环境治理、水土保持、土壤侵蚀、森林砍伐与恢复、开垦/复垦、退耕还林(草)、河道变迁、土地退化、环境变迁
自然资源 自然资源、气候资源、动物资源、草地资源、森林资源、水资源、土地资源、农业资源、矿产资源、海洋资源、药物资源、旅游资源、能源资源、可再生资源
海洋极地 基础地理、海冰、潮汐、温度、盐度、CTD、叶绿素、浮游动物、浮游植物、细菌、微生物、海洋生物、海洋化学、海洋物理、海洋生态、海洋初级生产力、海洋水产、海洋沉积、海岸带、陨石、极光、海平面变化、海洋调查、极地考察、极地大气、极地地球物理、极地生物、极地环境、极地地理、极地地质、极地工程、极地冰川
固体地球 地震、地磁、地电、矿物、地质、岩石、重力、地球化学、地热、火山
古气候/古环境 古地理、古环境、古气候、古生物、古地磁、气候因子、气候变化、气候重建、物候、树轮、孢粉、湖泊沉积、碳同位素、稳定同位素
日地空间环境 卫星探测、电离层观测、太阳活动观测、太阳高能粒子通量、太阳高能粒子特性、灾害性空间天气事件、空间目标及空间碎片、空间环境效应、宇宙线、宇宙噪声
天文 望远镜观测、光学天文学、红外天文学、亚毫米波和毫米波天文学、射电天文学、紫外天文学、X-射线天文学、#cod#x003b3;-射线天文学、天文探测
遥感数据 航片、卫星影像、雷达影像、景观照片、其他影像、地物波谱、地面验证信息
表5 地球系统科学数据关键词表分类
Table 5 Key words classification of Earth System Science
一级类 二级类 关键词表
大气圈 大气温度 空气温度、大气稳定性、边界层温度、度日(户外每日平均温度单位)、除冰温度、露点温度、逆温层高度、最高/最低温度、潜温、表面温度、静温度、地面空气温度、温度距平、温度剖面,温度廓线、温度趋势、有效温度、实际温度
降水 酸雨、云滴大小、冻雨、冰雹、水汽凝结体、液态水当量、降水量、降水距平,降水异常、降水强度、雨、冻雨,雨夹雪、雪
大气压力 反气旋/气旋、大气压力测量、大气分压力、重力波、流体静压、振荡、行星边界层高、行星波/罗斯贝波、气压异常、气压趋势、气压厚度、海面压力、静压、地形波、表面压力
大气辐射 吸收、气辉、反照率、各向异性、大气发射辐射、大气加热、发射率、热通量、太阳入射辐射、长波辐射、净辐射、光学深度/厚度、向外(出射)长波辐射、辐射通量、辐射强迫、反射系数、散射、短波辐射、太阳光、太阳辐射、透射比、紫外线辐射
大气电学 大气传导率、电场、闪电、总电容
云微物理、云特性、云辐射传输、云型
大气水汽 凝结、露点、蒸发、蒸散,土壤水分蒸发蒸腾损失总量、湿度、可降水分、升华、水汽、水汽剖面,水汽廓线、水汽趋势
大气风 边界层风、传送,对流、辐合/辐散、飞行层风、流函数、地面风、湍流、上层风、垂直风运动、旋涡、风寒、风廓线、风切变、风压力、风倾向
大气现象 气旋、干旱、雾、结冰、霜、飓风、闪电、季风、暴风雨、龙卷风、台风
大气化学(成分) CO2、CH4、氧化物、氮化合物、硫化物、氢化物、卤烃和卤族、微量元素/微量金属、光化学、示踪气体/示踪核素
大气质量 一氧化碳、铅、 氧化氮、 微粒、 烟雾、 氧化硫、对流层臭氧、混浊度、能见度、挥发性有机化合物
气溶胶 气溶胶后向散射、 气溶胶消光、 气溶胶光学深度/厚度、 气溶胶颗粒特性、 气溶胶辐射率、 含碳气溶胶、 云凝结核、 灰尘/灰/烟、 硝酸盐颗粒、 有机物颗粒、 颗粒物质、 硫酸盐颗粒
高度 气压高度、位势高度、中间层顶、行星边界层高度、台站高度、平流层顶、对流层顶
陆地表层 区划 行政界线、自然区划、农业区划、土壤区划、生态区划、主体功能区划、灾害区划、自然保护区、流域分区、生态地理分区
地形地貌 等高线、DEM、坡度、坡向、坡位、坡长、山体阴影、地貌
水文/水循环 温度、降水、蒸发、水位、流速、径流
土壤 土壤类型、土壤C,N,P,S,K、土壤容重、重金属、电导率、土壤微量元素、阳离子交换能力、土壤PH值、土壤热收支、土壤温度、导热率、土壤有机物、土壤吸收率、土壤深度、土壤侵蚀、土壤肥力、土壤气体/空气、土壤呼吸、土壤剖面、土壤阻抗、土壤入渗、土壤力学、土壤湿度/水分含量、土壤可塑性、土壤孔隙率、土壤生产力、土壤固根深度、土壤盐渍度、土壤结构、土壤粗密度、土壤持水能力
地表辐射特性 反照率、各向异性、发射率、反射系数、热性质
土地利用/覆盖 土地利用格局、土地利用变化、土地覆盖格局、土地覆盖变化、验证点、森林、草地、耕地、沙漠、城市与农村聚落、湿地、水域
典型区域综合 青藏高原、黄土高原、寒区旱区、长江三角洲、黄河中下游、东北黑土区、新疆与中亚、南海及毗邻海区、湖泊#cod#x02014;流域
生物圈 植被 植被覆盖、植被类型、植被指数、叶面积指数、增强叶面积指数、造林/重造林、生物量、碳收支、叶绿素、光合有效辐射、微藻类
动物 两栖动物、鸟类、鱼、哺乳动物、爬行动物
细菌 蓝藻、绿藻
生态系统 农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、荒漠生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统、海湾生态系统、城市生态系统
冰冻圈 冻土 活性层、冰雪物质、地下冰、冰缘作用、永冻带、冰川石流、季节性封冻带、土壤温度、居间不冻层
海冰 海冰
冰川/冰原 消融带/积雪带、冰原、冰川海拔/冰盾海拔、冰川表面、冰川质量平衡、冰川运动、冰川厚度、冰川地形、冰川、冻盾、冰山
雪/冰 反照率、雪崩、浓霜、冻洁/解冻、霜、冰冻深度、冰川长度、冰川增长/消融、冰川运动、冰川速率、湖冰、永冻带、河冰、雪盖、雪密度、雪深度、雪能量平衡、积雪表面、融雪、积雪地层学、积雪水当量、雪/冰化学、雪/冰温度
陆地水圈 地表水 含水层补给、流量、引流、洪水、水文类型、水文周期、水灾、湖、河流/溪流、径流、水位、地表水化学成分、地表水总量、水渠、水深、水压、产水量、流域特征、湿地、泥沙
地下水 含水层、色散、水系、地下水流量、地下水化学成分、下渗、地面沉降、渗流、海水入侵、泉水、潜水面
水质/水化学 酸沉降、碱度、生态指数、二氧化碳、致癌物、叶绿素含量、传导率、污染物质、溶解气体、溶解固体、碳水合物、无机物、光透射、氮化合物、营养盐、有机物、含氧量、磷化合物、pH、放射性同位素、稳定同位素、悬浮颗粒、有毒化学物质、微量矿物元素、浑浊度、水离子集中度、可饮用水、水温、水微量元素
人文因素 人口 人口数量、性别构成、年龄结构、教育程度、文盲率
经济资源 GDP、全社会固定资产投资、社会消费品零售总额、工业总产值、出口总额、进口总额、外商直接投资(FDI)、年财政收入、年财政支出、第三产业增加值占GDP比重、第二产业增加值占GDP比重、第一产业增加值占GDP比重、文化产业增加值占GDP比重、人均GDP、GDP增速、R&D经费支出占GDP比重、劳动生产率、总人口、农业人口、人口自然增长率、城镇人口比重、失业率(城镇)、非农产业就业比重、基本社会保险覆盖率、义务教育普及率、适龄人口大学入学率、人均受教育年限、交通事故发生率、火灾发生率、发案率、基尼系数、城乡居民收入比、高中阶段毕业生性别差异系数、城市居民人均可支配收入、农村居民人均纯收入、恩格尔系数、5岁以下儿童死亡率、平均预期寿命、千人拥有医生数、千人拥有床位数、每百户拥有计算机台数、居民文教娱乐服务支出占家庭消费支出比重、人均住房使用面积、万元GDP能耗、万元GDP水耗、常用耕地面积指数、空气质量达到二级以上天数、万元GDP CO2排放量、森林覆盖率、中小学生态文化课程普及率
环境影响 酸雨沉降、农业扩张、生物化学元素排放、生物量消耗、化学溢出物、城市扰动、残留物、污染物、环境评价、化石燃料燃烧、瓦斯爆炸/泄漏、废气燃烧、重金属、工业废物排放、工业化、矿山排水、核辐射、石油泄漏、污水、城市化、水管理
自然灾害 生物危害性、火灾、地质灾害、水灾、气象灾害
生境转化 森林砍伐、沙漠化、富营养化、灌溉、开垦/复垦、再造林、退耕还林(草)、水土保持、湖泊围垦、河道变迁、城镇化
自然资源 气候资源 光能资源、热量资源、降水资源、大气资源、风能资源、气候灾害
生物资源 森林资源、草地资源、藻类资源、动物资源、微生物资源、药物资源
水资源 大气水(云水)、地表水、土壤水、地下水(潜水)
土地资源 资源类型、适宜性
农业资源 水稻、小麦、玉米、大豆、棉花、蚕、茶叶、水果、畜产品、水产品、光温潜力
矿产资源 金属矿产、非金属矿产、水气矿产
海洋资源 海洋生物资源、海底矿产资源、海水资源、海洋能资源、海洋空间资源
旅游资源 地文景观、水域风光、生物景观、天象与气候景观、遗址遗迹、建筑与设施、旅游商品、人文活动
能源资源 石油、天然气、煤炭
可再生资源 风能、太阳能、生物质能、地热、潮汐、水电
海洋与极地 海洋 海洋水产学、海洋光学、海底地貌、海洋压力、海岸过程、海洋温度、海洋环境监测、海浪、海洋地球物理、海洋风、海洋沉积物、盐度/密度、海洋火山作用、海冰、海洋声学、海面起伏、海洋化学、潮汐、海洋环流、海洋水质、海洋热量收支、海洋生物
极地 极地海洋学、极地地球物理学、极地大气科学、极地生物学、极地环境科学、极地地理学、极地地质学、极地工程、极地冰川学、南极天文学
固体地球 地球化学 元素地球化学、有机地球化学、天体化学、环境地球化学、矿床地球化学、区域地球化学、勘查地球化学、地球化学其它
大地测量/重力 控制调查、地壳运动、大地水准面属性、引力场、重力加速度、海洋地亮变形、参照系统、旋转变异、卫星轨道
岩石/矿物 年代探测、基岩岩性、火成岩、变质岩、陨石、准矿物、矿物/水晶、沉积岩、沉积物
地磁 电场、地磁预报、地磁指数、地磁感应、磁异常、磁偏角、磁场、磁倾角、磁感应强度、古地磁、参照场
地震 地震动力学、发震记录、地震预报、地震体波、地震剖面、地震面波
构造地质 中心演化、断层、褶皱、均衡反弹、岩石圈板块运动、构造、板块边界、板块构造、应变、地层顺序、应力
地热 地热能量、地热温度
火山 喷发动力、熔岩、岩浆、火山碎屑、火山灰、火山气体
古气候/古环境 冰芯记录 二氧化碳、电学性能、冰心气泡、离子、同位素、甲烷、一氧化碳、颗粒物、火山堆积
海洋/湖泊记录 钻孔、珊瑚沉积、同位素、湖平面、厚重大化石、微体化石、氧同位素、古地磁数据、花粉、放射性碳、沉积物、地层序列、纹泥沉积
陆地记录 钻孔、洞穴沉积、冰川作用、同位素、黄土、厚重大化石、微体化石、古地磁数据、古土壤、古植被、花粉、放射性碳、沉积物、地层序列、树木年轮、火山堆积
古气候重建 气温重构、大气环流重构、干旱/降水重构、地下水重构、湖面重构、海洋含盐重构、海平面重构、海表面温度重构、日照重构、溪流重构、植被重构
日地空间环境 空间环境卫星探测 ACE卫星探测、双星卫星、SOHO卫星、其他卫星、神舟飞船
空间环境地面观测 地磁观测、重力观测、中高层大气环境观测、电离层观测、太阳活动观测、太阳高能粒子通量、太阳高能粒子特性
灾害性空间天气事件 太阳耀斑事件、太阳质子事件、地磁暴事件
空间目标及空间碎片 空间碎片、卫星编目与异常
空间环境效应 航天器故障异常事件、其他环境效应
国际交换和镜像 SPIDR镜像、其他国际数据资源
天文 望远镜观测 望远镜观测
全波段天文学 光学天文学、红外天文学、亚毫米波和毫米波天文学、射电天文学、紫外天文学、X-射线天文学、#cod#x003b3;-射线天文学
天文探测 天文探测
遥感数据 天基遥感 航片、卫星影像、雷达影像、景观照片、其他影像
地面遥感 地物波谱、遥感解译标志、地面验证信息
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