【摘要】隨著大數(shù)據(jù)時代的到來生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)給生態(tài)環(huán)境領域研究帶來了新的機遇與發(fā)展。本文回顧了生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)在收集、監(jiān)測、分析與應用方面的發(fā)展現(xiàn)狀。雖然生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)研究相對于其他領域起步較晚，但是目前正處于蓄勢待發(fā)的狀態(tài)。生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)研究未來的發(fā)展趨勢為:一、建立數(shù)據(jù)共享機制;二、需要跨區(qū)域的不同監(jiān)測站點甚至不同觀測網(wǎng)絡進行聯(lián)合觀測與研究,建立從樣地到區(qū)域甚至到全球多尺度的、系統(tǒng)的觀測與研究,并且應該推進觀測的標準化和規(guī)范化,進一步統(tǒng)一不同生態(tài)環(huán)境觀測網(wǎng)絡的觀測標準,建立國際統(tǒng)一的觀測標準和規(guī)范;三、需要開發(fā)針生態(tài)環(huán)境對大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析軟件,尤其應該重視地理信息技術(shù)與統(tǒng)計分析技術(shù)的結(jié)合，特別是過程模型與大數(shù)據(jù)的結(jié)合。最后,雖然生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的應用研究相對薄弱但未來的發(fā)展空間是巨大的,未來生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的應用主要應該體現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境資源管理、生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境評價等方面。

　　關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù);發(fā)展現(xiàn)狀;趨勢

　　1前言

　　20世紀后半葉以來,伴隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展全球生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴重。目前全球生態(tài)環(huán)境問題突出表現(xiàn)在環(huán)境污染、土地退化、森林銳減、生物多樣性喪失、水資源枯竭以及氣候變化等方面。而這些問題往往是時間跨度長、涉及部門廣、過程復雜、驅(qū)動因素眾多,因此解決起來難度很大。現(xiàn)代社會面臨的生態(tài)環(huán)境問題首先源于生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在復雜性,它不僅與地球科學(如地理學、水文學、海洋學、氣象科學等)有密切的聯(lián)系,還涉及數(shù)學、經(jīng)濟學、信息科學等學科。生態(tài)環(huán)境問題正跨越局域尺度擴展至全球尺度,這些都促使生態(tài)學家們在更大的時空尺度、更多的領域收集數(shù)據(jù),進而完成更為復雜的分析[2,3,5]。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來,生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)將帶給生態(tài)環(huán)境研究領域帶來新的機遇與發(fā)展。

　　2生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的定義及特點

　　2.1大數(shù)據(jù)與生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的定義

　　維基百科(http://en.wikipedia.org/wiki/Bigdata)對大數(shù)據(jù)的定義為:大數(shù)據(jù)是指利用常用軟件工具捕獲、管理和處理數(shù)據(jù)所耗時間超過可容忍時間的數(shù)據(jù)集。國際前沿學術(shù)期刊《Nature》于2008年出版有關(guān)大數(shù)據(jù)的專刊并將大數(shù)據(jù)定義為:大數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)集的規(guī)模是無法在可容忍的時間內(nèi)用目前的技術(shù)、方法和理論去獲取、管理、處理的數(shù)據(jù)[5]。作為第一家信息技術(shù)研究和分析的GartnerGroup公司在2012年提出大數(shù)據(jù)的定義為:大數(shù)據(jù)是高容量、高生成速率、種類繁多的信息價值,同時需要新的處理形式去確保判斷的作出、洞察力的發(fā)現(xiàn)和處理的優(yōu)化[9]。目前關(guān)于大數(shù)據(jù),人們更多從商業(yè)、社會經(jīng)濟、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)特征等角度來描述,綜合當前國內(nèi)外各類關(guān)于大數(shù)據(jù)的定義,可以這樣理解,大數(shù)據(jù)是指通過傳統(tǒng)技術(shù)手段難以有效收集、處理和應用的大而復雜的數(shù)據(jù)集。根據(jù)以上大數(shù)據(jù)的概念可見,大數(shù)據(jù)之“大”是相對的,是以傳統(tǒng)數(shù)據(jù)為參考的,因此各個領域在界定大數(shù)據(jù)時沒有絕對的標準。

　　此外,大數(shù)據(jù)之“大”不僅體現(xiàn)在數(shù)據(jù)量的大,也包括數(shù)據(jù)的高度復雜性,這包括數(shù)據(jù)來源與構(gòu)成的多樣性、數(shù)據(jù)流動的快速性(如實時更新)和數(shù)據(jù)質(zhì)量的不確定性。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來,生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的概念在學術(shù)領域和政府部門開始流行,但和大數(shù)據(jù)一樣,目前還沒有統(tǒng)一的定義和界定標準。生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)的一部分,是指生態(tài)環(huán)境領域所涉及的各類大數(shù)據(jù),其具備大數(shù)據(jù)的一般特征。因此按照大數(shù)據(jù)的定義,生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)是指通過傳統(tǒng)技術(shù)手段難以有效收集、處理和應用的大而復雜的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集。

　　2.2生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的特點

　　生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)作為大數(shù)據(jù)的一個類別同樣具有五大特征:數(shù)量大(Volume)、種類多(Variety)、價值大(Value)、快時效(Velocity)、準確性(Veracity)。具體體現(xiàn)為以下幾點:首先從數(shù)據(jù)規(guī)模和類型來看,生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)體量大、類型多、結(jié)構(gòu)復雜。從內(nèi)容上包括水、土、氣層等方面的生態(tài)數(shù)據(jù);從地域上來講,包括全球各個尺度,如大氣、海洋、土壤、植被、森林、濕地等各類生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)數(shù)據(jù);從數(shù)據(jù)構(gòu)成上關(guān)聯(lián)物理過程和化學過程,空間變異性強,多樣復雜,這都導致生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)來源的多樣性。也由于生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)來源復雜多樣直接導致其體量大的另一顯著特點;其次從數(shù)據(jù)價值來看,生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)無疑具有巨大的潛在應用價值,如何從海量數(shù)據(jù)中挖掘出最有用的信息是生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)面臨的最大挑戰(zhàn);再次從數(shù)據(jù)動態(tài)變化方面來看,由于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的動態(tài)變化生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)多表現(xiàn)為流式數(shù)據(jù)特征,實時連續(xù)觀測尤為重要。

　　例如,我國已經(jīng)開發(fā)了一些污染物擴散預測模型,可由于缺乏大量實時數(shù)據(jù)的支持而不能進行精確地預測;最后從數(shù)據(jù)真實性來看,由于受野外監(jiān)測條件的限制,生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)往往存在一定誤差甚至存在錯誤數(shù)據(jù)。如何從海量數(shù)據(jù)中去偽存真獲取真實數(shù)據(jù)是生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)面臨的又一挑戰(zhàn)。除了上述基本特征，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)較其他領域大數(shù)據(jù)更加具有數(shù)據(jù)源多樣又復雜、所在部門分散、監(jiān)測體系不統(tǒng)一、跨歷史事件長的獨特特點。

　　3生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　早在20世紀中葉,“大數(shù)據(jù)”的思想已在生態(tài)環(huán)境領域得到體現(xiàn),宏觀生態(tài)學研究早已認識到了大數(shù)據(jù)的重要性。大數(shù)據(jù)在生態(tài)系統(tǒng)研究方面的應用,最早可以追溯到國際地球物理年(1957—1958)和國際生物學計劃(IBP)(1964—1974),當時被稱為大科學研究,其目的是通過收集大量的數(shù)據(jù)研究大尺度生態(tài)環(huán)境問題,后來這種研究演變成了現(xiàn)在的國際長期生態(tài)研究計劃(ILTER)。直至目前隨著科技的發(fā)展,生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)在收集、監(jiān)測、分析與應用方面都相繼取得了初步發(fā)展。

　　3.1生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的收集與監(jiān)測

　　目前國際上已經(jīng)建立了多套覆蓋全球的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡,總體來說可分為全球衛(wèi)星遙感監(jiān)測網(wǎng)絡和地面監(jiān)測網(wǎng)絡這兩大類。全球尺度的主要觀測網(wǎng)絡包括全球環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)(GEMS)、全球陸地觀測系統(tǒng)(CTOS)、國際長期生態(tài)研究網(wǎng)絡(ILTER)、全球通量觀測網(wǎng)絡(FLUXNET)以及國際生物多樣性觀測網(wǎng)絡(GEO·BON)等。有代表性的國家尺度生態(tài)環(huán)境觀測研究網(wǎng)絡包括美國的US—LTER生態(tài)環(huán)境觀測研究網(wǎng)絡、英國的ECN生態(tài)環(huán)境觀測研究網(wǎng)絡、中國的CERN生態(tài)環(huán)境觀測研究網(wǎng)絡和日本長期生態(tài)研究網(wǎng)絡(JALTER)。隨著全球生態(tài)環(huán)境問題日益突出,衛(wèi)星遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與管理中的應用也越來越廣泛，美國、日本及歐洲的一些國家近年來都在大力發(fā)展生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)。目前在軌運行的和計劃發(fā)展的國內(nèi)外衛(wèi)星傳感器提供數(shù)據(jù)的空間分辨率已從公里級發(fā)展到亞米級,重復觀測頻率從月周期發(fā)展到幾小時,光譜波段跨越了可見光、紅外到微波,光譜分辨率從多波段發(fā)展到超光譜,遙感數(shù)據(jù)獲取技術(shù)正走向?qū)崟r化和精確化,衛(wèi)星遙感應用也正在向定量化和業(yè)務化快速發(fā)展[34]。

　　在陸地生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測方面,通常采用空間分辨率較高的陸地衛(wèi)星和傳感器,如美國的Landsat/TM系列、法國SPOT/HRV系列、印度IRS-1系列以及高光譜衛(wèi)星如美國的EO-1/ALI及Hyperion等。在海洋衛(wèi)星遙感方面也開展了全球范圍的業(yè)務化運行,代表性的衛(wèi)星平臺和傳感器有美國的Seastar/SeaWiFS、EOS/MODIS-TERRA&AQUA及歐空局的ENVISAT/MERIS、日本的ADEOS/GLI、印度的IRS/OCM等。另外,覆蓋全球的大氣監(jiān)測衛(wèi)星傳感器主要有美國的NOAA/AVHRR、EOS/MODIS-TERRA&AQUA&AURA和歐空局的ENVISAT/SCIAMACHY、ERS-2/GOME、METOP-1/GOME-2及日本的ADEOS-Ⅱ/TOMS&TOVS等[37]。全球地面監(jiān)測網(wǎng)絡中,其中比較典型的是地面氣象站監(jiān)測網(wǎng)絡和全球環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡等。全球地面氣象站監(jiān)測網(wǎng)絡集成了不同國家不同地區(qū)的實時天氣觀測數(shù)據(jù),共包含100多種數(shù)據(jù)來源和35000個氣象站點。

　　該監(jiān)測網(wǎng)絡涉及的氣象站點數(shù)據(jù)可追溯到1901年,站點數(shù)量在二十世紀四十年代和七十年代出現(xiàn)了兩次大幅度的增加,目前已經(jīng)擁有了14000個每日更新的固定站點。全球地面氣象站監(jiān)測網(wǎng)絡獲取的氣象參數(shù)主要包括風速風向、溫度、云量、氣壓、可見度、降水以及積雪深度等其它要素(https://www.ncdc.noaa.gov)。全球環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署下屬的全球和地區(qū)環(huán)境監(jiān)測的協(xié)調(diào)中心,它系統(tǒng)地收集和分析了各種環(huán)境狀況變化因素的數(shù)據(jù)和環(huán)境在時間和空間上的變化情況,并在此基礎上對環(huán)境狀況進行定期評價,從而提高對環(huán)境的管理、監(jiān)測與評價水平。

　　該監(jiān)測網(wǎng)絡主要涉及陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測和環(huán)境污染監(jiān)測,如大氣組成和氣候系統(tǒng)、淡水和海岸污染、空氣污染、森林砍伐、臭氧層耗減、溫室氣體增加、酸雨、全球冰蓋范圍變化以及生物多樣性問題等。我國生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的研究起步較晚,環(huán)境保護部最近剛剛發(fā)布了《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設總體方案》,但是該方案僅涉及到環(huán)保系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的建設規(guī)劃,而分布在其它部門的大量生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)并沒有在該方案中得以體現(xiàn)。在生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測方面,我國已于1988年開始組建中國陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡,覆蓋農(nóng)田、森林、草原、荒漠、湖泊、海灣、沼澤、喀斯特及城市9類生態(tài)系統(tǒng),觀測指標達280多個。其中包括中科院所屬45個站;國家林業(yè)局所屬森林站105個、濕地站35個、荒漠站26個;農(nóng)業(yè)部所屬68個野外農(nóng)業(yè)試驗站和185個國家級草原固定監(jiān)測站;此外水利部、教育部以及地方政府也擁有上百個生態(tài)監(jiān)測站。同時,我國已初步建成包括岸基海洋觀測系統(tǒng)、離岸海洋觀測系統(tǒng)、大洋和極地觀測的海洋生態(tài)系統(tǒng)觀測網(wǎng)絡,其中包括海洋站180多個、浮/潛標50多個、調(diào)查斷面約120個、極地科考站4個。

　　此外,我國也初步建立了生態(tài)系統(tǒng)通量觀測網(wǎng),包括200余個通量站。在環(huán)境污染監(jiān)測方面,我國已經(jīng)初步建立了一套網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng),涵蓋大氣、水和土壤等領域。其中,大氣監(jiān)測網(wǎng)包括1436個空氣質(zhì)量監(jiān)測站點、82個沙塵暴監(jiān)測站點、1011個酸雨監(jiān)測站點、956個地表水水質(zhì)監(jiān)測斷面、20401個地下水監(jiān)測站點、301個近海水質(zhì)監(jiān)測站點、35000多個土壤污染監(jiān)測站點。此外,在氣象觀測方面,近年來國家氣象局已管理高達2000多個常規(guī)氣象站,3萬多個自動氣象站和39個沙塵暴監(jiān)測站點。

　　在水利方面,已擁有259個水文站及1435個水位站,其中水利衛(wèi)星通信站達610個;國家水土流失監(jiān)測網(wǎng)絡目前由7大流域監(jiān)測中心站、31個省級監(jiān)測總站和175個重點地區(qū)監(jiān)測站構(gòu)成。在冰凍監(jiān)測方面,已有冰川監(jiān)測站4個,凍土監(jiān)測站160余個。另外,我國目前已初步建成了綜合資源環(huán)境遙感監(jiān)測平臺,包括陸地衛(wèi)星9顆、氣象衛(wèi)星3顆、海洋衛(wèi)星3顆。至今為止,一套天地立體監(jiān)測系統(tǒng)已初步建立,但由于我國幅員遼闊,生態(tài)環(huán)境復雜,這些監(jiān)測系統(tǒng)還無法完全滿足生態(tài)環(huán)境建設的需要,很多監(jiān)測網(wǎng)絡有待進一步補充完善。首先這些網(wǎng)絡系統(tǒng)分散于多個部門,存在著數(shù)據(jù)收集標準不一、質(zhì)量參差不齊和數(shù)據(jù)共享極其困難等問題。另外,上述各類網(wǎng)絡現(xiàn)階段主要側(cè)重于數(shù)據(jù)收集,在數(shù)據(jù)分析、挖掘、存儲和利用等方面還非常薄弱甚至某些領域還是空白。例如在大數(shù)據(jù)的硬件支撐方面(超算和云計算),我國目前雖然擁有世界上最快的天河2號計算機,但由于應用軟件開發(fā)滯后,數(shù)據(jù)分析與挖掘能力不足,導致機器利用率很低,從而無法充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境領域的優(yōu)勢。

　　3.2生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的集成和分析

　　雖然大數(shù)據(jù)本身蘊含了大量信息但更多有用的信息并不在于原數(shù)據(jù)本身,而在于對數(shù)據(jù)進行深度分析,剖析數(shù)據(jù)間的統(tǒng)計關(guān)系挖掘其中的潛在價值。統(tǒng)計分析是數(shù)據(jù)處理最常用的技術(shù),通常包括數(shù)據(jù)描述性分析、相關(guān)分析、回歸分析、聚類分析以及主成分分析等。除具備數(shù)據(jù)的一般特性外生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)通常還具有地理空間特征,因此空間分析技術(shù)是生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的常用分析技術(shù)。傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析技術(shù)與大數(shù)據(jù)相結(jié)合對推動生態(tài)環(huán)境領域的發(fā)展起到了舉足輕重的作用,各類統(tǒng)計分析軟件、地理信息軟件等的開發(fā)利用對于解決復雜多變的生態(tài)環(huán)境問題提供了有力的技術(shù)支撐。美國環(huán)保局聯(lián)合美國航空航天局利用衛(wèi)星技術(shù)收集空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),以便更好地確定污染源及污染物排放與變化規(guī)律。同時利用商業(yè)傳感器開發(fā)個人空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)和能夠安裝在各種交通工具上的空氣污染監(jiān)測傳感器系統(tǒng)。美國環(huán)保局聯(lián)合企業(yè)研發(fā)力量,通過產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新推動了大數(shù)據(jù)的發(fā)展。

　　在生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的建設方面,IBM、惠普、谷歌、微軟等美國IT企業(yè)為政府和公眾提供了全球最先進的數(shù)據(jù)庫、服務器、搜索服務和存儲設備等,幫助政府和研究機構(gòu)對環(huán)境現(xiàn)狀及未來趨勢做出準確判斷。但是國際上跨部門跨行業(yè)的大數(shù)據(jù)平臺目前還比較少見,尤其是在生態(tài)環(huán)境領域。近年來,隨著計算機和通信技術(shù)的飛速發(fā)展,大數(shù)據(jù)在生物多樣性保護領域也得到了廣泛應用,很多國家和地區(qū)已經(jīng)或正在建設生物多樣性信息管理系統(tǒng)。

　　例如,惠普公司聯(lián)合非盈利環(huán)保組織“保護國際”(ConservationInternational)于2012年共同啟動惠普地球觀察(HPEarthInsights)項目。通過開發(fā)Vertica分析平臺,該項目對全球高達3兆兆字節(jié)的生物多樣性和氣候數(shù)據(jù)進行了系統(tǒng)分析。同時,為了提高生物多樣性信息的可視化程度,研發(fā)了野生動物圖片索引分析系統(tǒng)(WildlifePictureIndexAnalyticsSystem),用戶可以通過網(wǎng)絡隨時隨地對該系統(tǒng)進行訪問。通用的統(tǒng)計分析技術(shù)給大數(shù)據(jù)平臺的信息挖掘提供了有力的手段,但是這些用于數(shù)據(jù)加工的通用分析軟件(如R、SAS、SPASS等)對于解決復雜多變的生態(tài)環(huán)境問題還遠遠不夠,正是諸多技術(shù)瓶頸使生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的集成和分析方面相對薄弱。

　　3.3生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的應用

　　目前大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境領域已得到初步應用,主要體現(xiàn)在全球氣候變化預測與區(qū)域大氣污染治理等方面。大數(shù)據(jù)技術(shù)有助于整合海量龐雜的觀測數(shù)據(jù)及模式數(shù)據(jù)提高的數(shù)據(jù)存儲速度和管理效率。隨著新的氣象觀測設備的普及與應用,氣象觀測己經(jīng)由過去相對少量的常規(guī)觀測發(fā)展到如今海量的非常規(guī)觀測,觀測精度也日益提高。目前氣象監(jiān)測站點已經(jīng)遍布全球,觀測范圍從地面到幾千米的高空,觀測手段從最原始的人工觀測到高科技的雷達衛(wèi)星[13]。與此同時為了真實地模擬全球大氣走向大量的模式數(shù)據(jù)也隨之產(chǎn)生,模式系統(tǒng)一般每天計算2—4次,通常在整點開始利用整點前采集到的實況數(shù)據(jù)進行計算,每次計算要生成大概幾百個物理量,包括從開始計算的時刻至未來240h或更長時效的一系列二進制網(wǎng)格數(shù)據(jù),預報時效通常間隔3h｡

　　目前氣象網(wǎng)格經(jīng)緯度間距一般在0.25度數(shù)量級,一個網(wǎng)格文件大小通常在1—2兆,包含幾十萬個浮點數(shù)值[15]｡譚清海等(2013)針對氣候模式在超大規(guī)模數(shù)值模擬中產(chǎn)生的Tb至Pb量級的四維體數(shù)據(jù)的可視化和分析診斷方法,提出了基于Server-Client方式的遠程數(shù)據(jù)抽取和并行可視化解決方案[32]｡2015年6月,美國宇航局結(jié)合了最新超級計算技術(shù)、地球系統(tǒng)模型、工作流管理以及遙感數(shù)據(jù)的協(xié)作及分析平臺,發(fā)布了從1950年到2100年全球氣候變化預測數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)庫可以在15km的空間分辨率上測算未來全球各地氣溫與降水情況的變化。

　　國內(nèi)方面黃剛等(2010)分析了大氣科學數(shù)據(jù)的特點,同時結(jié)合e-Science的大氣科學數(shù)據(jù)再分析平臺構(gòu)建了一套新的大氣科學數(shù)據(jù)的分析和可視化系統(tǒng),并提出數(shù)據(jù)處理算法與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)結(jié)合的可行方案[26]。賈韶輝(2013)基于大數(shù)據(jù)角度研發(fā)了集成大數(shù)據(jù)的信息與專業(yè)服務平臺,開展了針對中國石油氣象與地質(zhì)災害的預報預警工作[28]｡2015年5月，中國氣象局與阿里云合作,旨在挖掘全球尺度歷史觀測及預報數(shù)據(jù)等氣象大數(shù)據(jù)的深層價值。2015年9月，中國科學院大氣物理研究所等發(fā)布了“地球數(shù)值模擬裝置”原型系統(tǒng),該系統(tǒng)是基于中科院地球系統(tǒng)模式1.0版本的高性能計算機系統(tǒng),填補了中國地球系統(tǒng)模式大數(shù)據(jù)實踐平臺的空白。

　　另外,氣候變化觀測數(shù)據(jù)包含的信息十分豐富可以發(fā)揮出跨行業(yè)的服務價值,有可能挖掘出新的信息從而拓展新的業(yè)務領域和服務范圍。例如美國硅谷一家公司利用多年來的降雨、氣溫、土壤狀況等氣象數(shù)據(jù)與歷年農(nóng)作物產(chǎn)量進行關(guān)聯(lián)分析,預測各地農(nóng)場來年產(chǎn)量和適宜種植品種,這些結(jié)果以個性化保險服務的形式向農(nóng)戶出售,從而減少了氣象災害給當?shù)剞r(nóng)戶帶來的風險及損失。氣象大數(shù)據(jù)應用還可在林業(yè)、海洋、氣象災害等方面拓展新的業(yè)務領域[25]。

　　3.4目前生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)研究存在的不足之處

　　雖然生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的相關(guān)研究已經(jīng)有了很大進展但仍存在以下幾點不足:1)缺乏數(shù)據(jù)共享。我國的生態(tài)環(huán)境建設經(jīng)過多年努力在快速發(fā)展的同時產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù),可由于數(shù)據(jù)標準格式和技術(shù)路線不統(tǒng)一導致嚴重的數(shù)據(jù)割據(jù),形成了“數(shù)據(jù)孤島”。數(shù)據(jù)共享一直是制約大數(shù)據(jù)發(fā)展的突出問題,沒有數(shù)據(jù)共享,就無法形成“大數(shù)據(jù)”,因此數(shù)據(jù)共享是開展生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設的前提和基礎。2)技術(shù)問題。從基礎架構(gòu)講,傳統(tǒng)信息技術(shù)架構(gòu)存在擴展性弱、容錯性差、資源利用率低等問題。云計算是解決這些問題的關(guān)鍵,但目前在生態(tài)環(huán)境領域中云計算技術(shù)普遍僅在IaaS層實現(xiàn)硬件資源調(diào)配,在市場上少見PaaS和SaaS層的成熟產(chǎn)品和解決方案。在數(shù)據(jù)采集方面,生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)除傳統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據(jù)外還來源于物聯(lián)網(wǎng)傳感器、網(wǎng)絡定位、視頻影像,以及互聯(lián)網(wǎng)上的文本、圖片等信息。如何將這些多源異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的格式和類型,并將這些數(shù)據(jù)應用于環(huán)境決策和監(jiān)管還在探討之中。

　　在數(shù)據(jù)存儲方面,SQL數(shù)據(jù)庫已不適合用于大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲和處理,大數(shù)據(jù)所需要配套的分布式數(shù)據(jù)庫與混合型數(shù)據(jù)庫相關(guān)技術(shù)還有待進一步完善,也需要對相關(guān)技術(shù)人員進行專業(yè)培訓。建模分析是大數(shù)據(jù)的核心技術(shù),如何使用新一代的機器學習和人工智能等模型實現(xiàn)技術(shù)應用創(chuàng)新,為不同客戶提供個性化服務,是我國生態(tài)環(huán)境建設面臨的重要挑戰(zhàn),同時也正是生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的發(fā)展機遇。3)應用不足。迄今為止,我國生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的創(chuàng)新應用還很有限,大數(shù)據(jù)的威力遠遠未能發(fā)揮出來,政府綜合運用生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的能力較低,沒有形成成熟的生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈和有影響力的數(shù)據(jù)企業(yè)。生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)在氣象、水利、國土、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通、社會經(jīng)濟等各部門的應用才剛剛起步,跨領域的應用寥寥無幾。如何促進大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境領域中的應用創(chuàng)新,使大數(shù)據(jù)真正成為提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)管能力現(xiàn)代化的有力手段,是目前世界各國正在探索的課題。

　　4生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢

　　4.1在數(shù)據(jù)的搜集與整理方面應建立數(shù)據(jù)共享機制

　　生態(tài)環(huán)境問題的解決需要長期的數(shù)據(jù)積累,對這些長期積累數(shù)據(jù)進行收集和整理是大數(shù)據(jù)科學中非常關(guān)鍵的一部分。與生態(tài)環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)眾多,大致包括地面監(jiān)測數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)、專項調(diào)查數(shù)據(jù)以及科學研究數(shù)據(jù)等。由于生態(tài)環(huán)境的多樣性和復雜性,這些數(shù)據(jù)的來源、監(jiān)測對象及收集管理均不統(tǒng)一,而是分布在環(huán)保、國土、水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、衛(wèi)生、氣象、海洋等多個領域。

　　例如,各類生態(tài)環(huán)境及污染監(jiān)測數(shù)據(jù),包括污染物排放數(shù)據(jù)、空氣環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)及土壤環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)等;各類農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)市場等數(shù)據(jù);森林資源清查數(shù)據(jù)、林業(yè)生態(tài)工程數(shù)據(jù)、自然保護區(qū)及生物多樣性數(shù)據(jù)等林業(yè)數(shù)據(jù);土地資源、土地利用、礦產(chǎn)資源開發(fā)等數(shù)據(jù);水文水資源、水土流失、水利設施等數(shù)據(jù);各類地面氣象站、氣象衛(wèi)星、氣象雷達以及探空等氣象數(shù)據(jù);海洋生態(tài)環(huán)境、漁業(yè)資源、近海資源開發(fā)、濱海濕地保護等海洋數(shù)據(jù)以及各種環(huán)境災害數(shù)據(jù)以及與環(huán)境相關(guān)的人體健康等數(shù)據(jù)等等。

　　5總結(jié)

　　本文結(jié)合生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)目前的研究現(xiàn)狀,提出了生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)未來的發(fā)展趨勢,而生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的發(fā)展還需要以下幾點保障:完善大數(shù)據(jù)發(fā)展法律法規(guī),制定統(tǒng)一的規(guī)范標準體系等體制保障;加強大數(shù)據(jù)新技術(shù)的研發(fā),成立相關(guān)科研機構(gòu)等技術(shù)保障;培養(yǎng)一批復合型人才等人才保障;加大生態(tài)環(huán)境監(jiān)測設備、計算機等數(shù)據(jù)處理基礎設施投入,設立生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設專項基金,設立生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)專項基金等資金保障。目前,生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的發(fā)展尚在起步階段,需要人們不斷開拓的空間很大,如何高效地處理大數(shù)據(jù)、合理地利用大數(shù)據(jù)促進生態(tài)環(huán)境領域的研究仍需要不斷地探索與發(fā)現(xiàn)。

　　參考文獻

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　　生態(tài)方向論文范文閱讀：林業(yè)生態(tài)環(huán)境保護與林業(yè)經(jīng)濟發(fā)展初探

　　摘要:林業(yè)資源的保護是我國林業(yè)事業(yè)發(fā)展的一項重要內(nèi)容，與人類生活有著廣泛的聯(lián)系。尤其是在當前森林資源比較匱乏的情況下，做好林業(yè)資源的保護工作有著現(xiàn)實意義。同時，將林業(yè)資源的發(fā)展與社會經(jīng)濟發(fā)展相互配合，能夠共同促進林業(yè)資源的整體進步。本文對林業(yè)資源的主要功能進行簡要概述，提出合理的措施以提高林業(yè)資源的環(huán)境保護與林業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的共同進步。