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“大数据”应用

       地球科学领域中,大数据的应用正日益成为研究的核心。随着遥感技术、地质勘探和环境监测技术的进步,科学家们能够收集到大量关于地球的数据,包括气候模式、地质结构、生态系统变化等。这些数据的规模、多样性和复杂性要求采用先进的数据分析技术来揭示其中的模式和趋势。 
       大数据在地球科学中的应用包括气候模型的建立、自然灾害预警系统、资源勘探和环境影响评估等方面。例如,通过对历史气候数据的分析,科学家可以预测未来的气候变化趋势,并为应对极端天气事件制定策略。在环境监测中,大数据分析有助于识别污染源和评估人类活动对生态系统的影响。此外,地质勘探中的大数据技术可以提高矿产资源的探测精度,优化勘探计划。 

       大数据在地球科学中的应用不仅推动了科学发现,也为全球可持续发展提供了强有力的技术支持。

共找到 13 条结果
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  • 综述与评述
    么嘉棋, 常奂宇, 王梦然, 陈敏, 莫凡, 徐南, 温振, 曹永强
    地球科学进展. 2024, 39(4): 374-390. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.027
    摘要 (1458) PDF全文 (1211) HTML (138)   可视化   收藏

    水文水资源监测是对地观测系统的重要任务之一,是支撑新时代水利高质量发展、满足“三水”共治需求和践行“十六字”治水策略的直接有效途径,而卫星遥感技术提供了一种大范围、快速和高精度的数据获取渠道。但是现有卫星遥感在水文水资源应用上存在多星同步观测难、应急响应能力差和易受天气影响等问题,因此美国国家航空航天局于2022年12月发射了地表水和海洋地形卫星(SWOT),这是全球第一颗通过多传感器协同观测全球陆地和海洋水资源的卫星,预期将极大提升水文水资源监测的时空分辨率和精度。系统梳理了水文水资源监测卫星发展现状、应用和技术难点等概况,并分析了SWOT卫星的参数、科学任务、算法流程和应用产品等内容,对我国后续卫星设计规划和数据处理关键技术有一定的参考价值。

  • 综述与评述
    黄春林, 侯金亮, 李维德, 顾娟, 张莹, 韩伟孝, 王维真, 温小虎, 朱高峰
    地球科学进展. 2023, 38(5): 441-452. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.022
    摘要 (1976) PDF全文 (5824) HTML (154)   可视化   收藏

    以深度学习为核心的数据驱动方法逐步应用于地球科学领域,但这类方法在模型的可解释性和物理一致性等方面还存在挑战。在遥感大数据背景下,如何结合深度学习和数据同化方法,发展陆地水循环过程模拟与预报的新技术和新方法成为地球科学领域的重要研究方向。重点梳理了近年来深度学习在改善陆地水循环要素观测数据质量以及深度学习如何减少物理模型不确定性方面的最新进展,从观测、模型和系统集成3个方面凝练出深度学习融合遥感大数据的陆地水文数据同化研究的关键科学问题:深度学习反演遥感产品时,如何增强样本的时空代表性?如何发展数据同化框架下物理导引的深度学习新方法?如何通过“数据—模型”双驱动提升陆地水循环的可预报性?开展相关研究和探索将有助于推动“数据—模型”混合建模方法在水文领域的深入应用,提高陆地水循环过程的模拟和预测能力。

  • 研究论文
    王凯, 张少杰, 马娟, 杨红娟, 刘敦龙, 杨超平
    地球科学进展. 2022, 37(10): 1054-1065. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.042

    准确识别滑坡当前所处变形阶段是滑坡预警的重点问题。许多滑坡位移监测曲线并不存在明显的三阶段特征,难以准确识别滑坡目前所处的阶段。基于此,利用形态学思想突破传统斋藤法的限制,建立能够从形态各异的位移曲线中识别滑坡宏观位移阶段的方法;运用该方法从全国4类岩性大区GNSS地表位移监测数据库中识别出1 944条滑坡宏观变形阶段,构建变形阶段大数据样本环境;分析各岩性区内滑坡宏观位移阶段日变形速率分布规律,利用聚类分析构建变形阶段多级预警判据,并对各级预警区间出现的空间概率及持续时间进行讨论。结果表明,4种岩性区内滑坡位移阶段日变形速率均呈现幂函数分布规律,其中日变形速率在10 mm/d以下的数量占比最多;聚类分析表明,各岩性区“无—蓝色—黄色—橙色—红色”五级预警区间内的变形阶段数量均呈现幂函数分布规律。同一预警等级下,岩性1区至岩性4区的变形速率预警阈值呈现递减趋势。变形阶段持续时间分析表明,日速率处于0.08~2.14 mm/d范围的变形阶段持续时间最长,为120.22~160.96 d;日速率处于2 734.18~31 770.00 mm/d范围的变形阶段持续时间最短,为0.004 3~0.020 0 d。分析了大数据环境下我国4类岩性区滑坡宏观位移阶段空间分布规律及预警判据,为今后智能型滑坡位移预警模型构建提供科学依据和指导作用。

  • 综述与评述
    汪浩笛, 陈诗尧, 鲍森亮, 任开军
    地球科学进展. 2022, 37(8): 822-840. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.044
    摘要 (700) PDF全文 (1370) HTML (233)   可视化   收藏

    海洋科学是在观测数据积累的基础上不断发展的一门学科,其发展史上的任何一次重大突破都离不开观测技术及相应数据集的更新换代。格点化数据集的时间延拓已成为海洋数据产品更新的主要形式,总结了当前格点化海洋环境数据集的发展现状。首先,将海洋观测的发展历史总结为3个阶段:稀疏观测主导的初始积累期,大型观测计划主导的快速增长期,以及资料同化和再分析为主导的高质量发展期。其次,从温度、盐度和流场3个关键要素出发,重点介绍近几十年来国际上公开发布和更新的全球格点化海洋环境数据集,包括HYCOM、OFES、OSCAR、Drifter、ECCO和PHY等6种流场数据集,Argo、IAP、EN4和ISAS 4种三维温盐数据集,OISST、ERSST和HadISST 3种海表面温度数据集以及SMOS、Aquarius和SMAP 3种海表面盐度数据集。在已有的研究基础上,对这些数据集的来源、特征信息及优缺点作了简要回顾,为海洋科技工作者提供参考。最后,建议未来从完善和发展海洋立体观测系统,增加数据质量评估质量和改进以及优化数值模式3个方面进行研究。

  • 数据论文
    王冰泉, 冉有华
    地球科学进展. 2021, 36(11): 1137-1145. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.120
    摘要 (786) PDF全文 (2204) HTML (55)   可视化   收藏

    最大冻结深度是季节冻土热状态的重要指标,其变化对区域水循环、生态过程、气候以及工程稳定性都有重要影响。发布了我国西北五省和西藏及周边地区1961—2020年间每十年的季节冻土最大冻结深度数据集,空间分辨率为1 km。该数据集是利用支持向量机模型集合模拟产生的,以冻结指数、融化指数、降雪、降雨、太阳辐射、高程以及土壤容重为预测因子,利用基准时期(2001—2010年)气象站最大冻结深度的实测数据进行模型训练。10折交叉验证表明,模型具有良好的精度[(R2 = 0.70±0.29,RMSE = (23.63±10.30) cm,bias = (-0.77±6.01) cm)]。基于实测数据的直接验证表明,1980s、1990s、2000s和2010s 4个时期模拟结果的R2分别为0.77、0.83、0.73和0.71,RMSE分别为27.14、22.42、21.63和23.58 cm。运用预测集合的百分位数区间评估了模拟的不确定性,结果表明模拟结果具有良好的稳定性。基于该数据集,发现1961—2020年我国西北五省和西藏地区季节冻土最大冻结深度总体呈显著下降趋势,平均每十年下降3.02 cm。1961—2010年新疆、西藏、青海、甘肃、宁夏和陕西的最大冻结深度平均每十年分别下降2.66、3.04、3.16、2.09、1.98和1.45 cm。该数据集可通过国家青藏高原科学数据中心下载(DOI: 10.11888/Geocry.tpdc.271774)。

  • IODP研究
    马鹏飞,刘志飞,拓守廷,蒋璟鑫,许艺炜,胡修棉
    地球科学进展. 2021, 36(6): 643-662.
    摘要 (691) PDF全文 (2052) HTML (29)   可视化   收藏

    国际大洋钻探50余年来已执行297个航次,累计采集长度超过4×105 m的岩芯,同时获取大量观测数据。然而,这些岩芯样品测试和观测数据却以多源、异构的形式散布在不同文献和数据库中,无法做到广泛共享和高效利用。通过系统调研国际大洋钻探各阶段的航次报告、数据库以及学术论著等资料,理清了数据分布、数据载体及数据类型等现状。认为大洋钻探科学数据包括船上数据和航次后数据两大部分,共在表、图、文中包含了钻井取芯、岩石地层特征、沉积学、矿物学、古生物学、地层学、地球化学、构造地质学和地球物理学等15类近200项数据类型。研究发现国际大洋钻探现有数据体系具有层次清晰、时空属性明确、来源简单又复杂、存储格式多样、类型一致又多样等特征,是地球科学领域典型的科学大数据。开展国际大洋钻探科学数据的汇编除可实现数据快速获取外,也具有重要的科学意义,不仅有潜力解决海洋生物演化、全球物质循环、古海洋与古气候、深海矿产资源评价等方面的重大科学问题,还能为推动地球科学研究范式的变革做出积极贡献。最后,就国际大洋钻探科学数据统一格式和汇编建库这一关键步骤提出了具体建议。

  • 新学科·新技术·新发现
    魏勇,许强,王卓,李骅锦,李松林
    地球科学进展. 2020, 35(10): 1087-1098. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.083

    物理模型实验广泛应用于土木工程、采矿工程及地球科学等领域。目前主要采用三维激光扫描技术采集实验前和实验后的两期静态地形数据,若要获取实验过程的动态地形数据就需要探索新的技术手段。以某碎屑流物理模型实验为例,利用动态摄影测量技术对物理模型实验进行四维建模,在对数据结果进行处理后获得了实验过程的动态地形数据,并以此分析碎屑颗粒的运动与堆积特征。结果表明:利用动态摄影测量技术可以快速准确地获取实验过程的动态空间影像数据,对这些数据成果进行详细分析,有助于我们更好地寻找和理解地质体的运动堆积规律。该技术方法是一种全新的物理模型实验动态地形数据获取方法,它将促使后期的实验分析工作发生巨大变化,值得推广应用。

  • 科学数据?
    王卷乐,石蕾,王玉洁,高孟绪,徐波,王超,王明明,王艳杰,周业智
    地球科学进展. 2020, 35(8): 839-847. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.070
    摘要 (1455) PDF全文 (1141) HTML (18)   可视化   收藏

    科学数据的汇聚是抢占科学数据这一战略资源上游和竞争高地的重要手段。把握科学数据汇聚模式的国际态势和科学规律,探索适合我国国情的科学数据汇聚模式和方法是当前急需解决的问题。从国际组织、国际科学计划、政府机构和专业数据中心等方面调研分析国内外科学数据汇聚现状,梳理归纳出科学数据汇聚的5种模式,包括科研项目集中向指定数据中心/仓储汇聚模式、科研项目分散向数据中心/仓储汇聚模式、科学家个人以论文出版方式向数据中心/仓储汇聚模式、科研项目/科学家个人向数据共享目录/网络汇聚模式、大数据计算/处理平台和公民科学开放汇聚模式,并对各模式和相应典型案例进行剖析。在此基础上,提出我国科学数据汇聚在科学数据管理办法落实、数据汇聚中心认证、期刊论文数据汇聚、数据汇聚网络构建、国际资源汇聚和数据汇聚全链条建设等6个方面的发展建议。

  • 构造地貌学专栏
    张凌, 王平, 陈玺赟, 殷勇
    地球科学进展. 2020, 35(4): 414-430. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.030
    摘要 (2629) PDF全文 (6750) HTML (94)   可视化   收藏

    碎屑锆石U-Pb年代学是探寻沉积物物源的重要手段,在沉积学、大地构造学和地貌学等领域应用广泛。从数据获取、分析和比较3个方面综述了碎屑锆石U-Pb年代学研究的最新进展。在数据获取方面,从基本原理出发阐述了样品制备方法、同位素年龄数据选取和测试数量问题;在数据分析方面,对比了概率密度图、核密度估计图和累积年龄分布图的数据可视化方法;在数据比较方面,结合实例分析了定量比较的基本算法和应用优势,包括基于非参数性假设检验(K-S检验)、年龄谱对比(互相关系数)和多维定标法的相似(差异)性量化分析等。最后介绍了3款常用软件,并在数据获取、分析与比较方面分别给出了建议,供以后的研究者参考。

  • 张春灌,李想,袁炳强,宋立军
    地球科学进展. 2019, 34(3): 288-294. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2019.03.0288
    摘要 (1851) PDF全文 (1214) HTML (10)   可视化   收藏

    为了评估地球磁异常(EMAG2)数据中海域资料的质量问题,选择Kolbeinsey脊南段地区约193 500 km2的1∶500 000及1∶1 000 000的航磁数据进行对比分析。基于地球磁异常(EMAG2)数据,利用解析延拓方法获得了EMAG2(向下延拓4 km)及航磁异常(向上延拓4 km)。利用相关分析法对EMAG2与航磁异常(向上延拓4 km)、EMAG2(向下延拓4 km)与航磁异常进行相关分析,得到了相应的相关系数。通过对这些数据之间相关系数及差值特征的综合分析,评估了EMAG2数据中Kolbeinsey脊南段地区磁力数据的质量。研究结果表明,EMAG2数据融合了大量海域航空磁测及海洋磁测资料,在测线较密的海域,其数据质量相对较高。然而若将4 km高度的EMAG2数据换算到海平面高度的异常数据,其数据质量较低。

  • 王卷乐,王明明,石蕾,高孟绪,陈明奇,郑晓欢,王超,王玉洁
    地球科学进展. 2019, 34(3): 306-315. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2019.03.0306
    摘要 (1380) PDF全文 (1988) HTML (16)   可视化   收藏

    科学数据是重要的科技基础条件和国家战略资源。随着大数据时代的到来,全球各国纷纷将科学数据管理纳入国家发展战略。为了完善我国科学数据管理并抓住这个大数据发展机遇,国务院办公厅于2018年3月正式印发《科学数据管理办法》。在这一新的国际、国内数据管理政策环境下,分析归纳了全球11个方面的科学数据管理态势,并剖析了发达国家科学数据中心发展模式,针对我国地球科学领域科学数据管理,提出了科学数据政策制定、科学数据中心建设、科学数据生命周期管理、数据机构能力建设、科学数据认证、数据出版、科学数据回报机制、数据综合集成和安全管理等方面的启示与展望。

  • 李涌涛, 李建文, 潘林, 郭亮亮, 魏绒绒, 刘德智
    地球科学进展. 2018, 33(11): 1161-1168. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2018.11.1161.
    摘要 (2209) PDF全文 (1738) HTML (28)   可视化   收藏

    随着北斗三号全球卫星导航系统16颗组网中圆地球轨道(MEO)卫星的发射成功与新信号的播发,北斗正式进入全球系统的建设阶段,同时国际全球导航卫星系统(GNSS)监测评估系统(iGMAS)也从卫星端到地面接收端等各方面对北斗三号系统的运行性能进行系统测试和评估。从数据完整率、多路径误差、伪距噪声和载噪比等4个方面,对12颗北斗三号MEO卫星上播发的新信号B1C和B2a的观测数据质量进行分析评估,并与全球定位系统(GPS)和伽利略(GALILEO)系统进行比较分析。结果表明,北斗三号系统内B1C的观测数据完整率优于B2a,多路径误差、伪距噪声和载噪比B2a信号优于B1C,北斗三号12颗MEO卫星的工作性能相当,即北斗三号在各卫星建设中的一致性与统一性。伪距噪声方面北斗三号较GPS和GALILEO略大,观测数据完整率、多路径误差和载噪比等方面北斗三号则与GPS和GALILEO相当。

  • 综述与评述
    毛经伦, 祝意青
    地球科学进展. 2018, 33(3): 236-247. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2018.03.0236
    摘要 (2440) PDF全文 (2490) HTML (19)   可视化   收藏

    地震发生过程和孕育机制异常复杂,加之大地震“非频发性”影响和人类对地球内部结构与活动规律认识的不足,使得地震预测极其困难。地面重力观测已经成为许多国家和地区研究地震前兆信息的主要途径之一。简要总结了中国大陆地面重力观测技术与观测网络:地面重力测量仪器从17世纪的惠更斯物理摆发展到今天的高精度绝对重力仪,测量精度已经达到±1×10-8 m/s2。我国已相继建立了国家重力基本网、中国数字地震观测网络、中国地壳运动观测网络、中国大陆构造环境监测网络等,为重力场非潮汐变化、地震、构造运动等的监测提供了公共平台;通过具体震例阐述了地面重力观测数据在地震预测中的作用,利用地面重力观测数据能较好地捕捉强震孕育过程的重力变化信息,为强震中长期预测提供重要依据;分析了震前区域重力场的时空变化特征及其与强震的关系:在震级高于MS 5.0的地震发生前,一般都会出现较大幅度和范围的重力异常区。强震主要发生在重力场变化分布差异较为剧烈的地区。重力场动态变化图像能够比较清晰地反映大地震在孕育和发生过程中的前兆信息。最后,提出了地面重力技术在地震前兆观测中存在的问题,并对利用重力测量资料开展地震预测研究进行了展望。