海洋大數(shù)據(jù)和中學地理教學東莞市長安中學文合平2014年12月一、大數(shù)據(jù)的進化還記得這是什么嗎？20年前，我很震撼這個東西能容納下70萬漢字的信息容量！它的容量是1.44M我用的第一個硬盤是Corner牌420M的，如今只能在舊貨市場當古董了。容量420M，估計是當時全鎮(zhèn)最大的一個硬盤，因為那時有硬盤，哪怕是40M的硬盤的電腦就算高檔了。在那個DOS時代，我這硬盤的使用沒有超過10%.這個昆騰1G硬盤仍然屬于古董，但是當年我第一次看見1G硬盤時的震撼現(xiàn)在還有很清晰的記憶這是我現(xiàn)在使用的硬盤，我進入了數(shù)據(jù)T時代！地理科學數(shù)據(jù)信息量極其龐大，如著名的“地球服務器”項目,數(shù)據(jù)量達到EB級別!TheEarthServerproject,initiatedbyJacobsUniversityBremeninGermany,isdevelopingastandard-based,ad-hoc,geoscientificdataanalysismethod,scalabletoExabyte

volume(1Exabyte=1,000Petabytes).From:http://www.earthserver.eu/Resources/2012-06-10_big-data-whitepaper.pdf1M=1024K1G=1024M1T=1024G1P=1024T1E=1024P……………我們處于大數(shù)據(jù)時代！但是我們面臨的問題很多：1地理信息大數(shù)據(jù)從哪里獲得？（大數(shù)據(jù)在哪？）2地理信息大數(shù)據(jù)格式是如何的？3使用什么軟件來操作相關地理信息數(shù)據(jù)？4相關軟件如何操作？5如何把相關數(shù)據(jù)應用到教學當中，提高教學效率和效果？二、

海洋大數(shù)據(jù)的獲取及應用實踐：隨著國家海洋意識的逐漸增強，海洋教學在地理教學中的作用越來越大，如何利用海洋大數(shù)據(jù)更好地為我們地理教學服務是一個有意義的課題。本章介紹如何獲取與中學地理教學相關的海洋數(shù)據(jù)，包括地形數(shù)據(jù)、水溫和鹽度數(shù)據(jù)以及洋流數(shù)據(jù)，及簡單的操作。2.1海洋地形數(shù)據(jù)海洋地形數(shù)據(jù)主要有GEBCO數(shù)據(jù)和ETOP1數(shù)據(jù)1)GEBCO由國際海道測量組織（IHO）和政府間海洋學委員會（IOC）協(xié)調(diào)有關國家聯(lián)合編制的覆蓋全球海洋水深圖。http://2)ETOPETOP數(shù)據(jù)是由NOAA（美國國家海洋大氣局）制作的當今海洋模式中最常用的水深數(shù)據(jù)，包括ETOP5、ETOP2和ETOP1。最新的ETOP數(shù)據(jù)是ETOPO1，它是分辨率為1‘的全球地形模型，它包含了全球大陸的地勢起伏和海洋中的水深數(shù)據(jù)，以及冰面的數(shù)據(jù)等。http:///mgg/global/global.html獲取GEBCO數(shù)據(jù)：在DataandProduct中選擇Griddedbathymetrydata:點擊availbletodownload后進入交互式全球海洋水深數(shù)據(jù)下載頁面:GEBCO數(shù)據(jù)有30弧秒的2014版本和舊的1分版本,前者精度更高但數(shù)據(jù)量大很多;我們地理教學選擇以前的1分版本就足夠了。即便是1分版本，如果下載全球的數(shù)據(jù)也是很大，所以應該利用交互界面選擇自己需要的區(qū)域的水深數(shù)據(jù)。在正確選擇了數(shù)據(jù)格式、區(qū)域經(jīng)緯度之后，就可以選擇將數(shù)據(jù)加入到購物籃中，再選擇付款獲取就可以了。這個獲取過程是免費的，但是需要事前申請帳號，這同樣是免費的。本例以中國附近海域為例，只下載了赤道到北緯45度，東經(jīng)90度到東經(jīng)135度范圍的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文件大小約為16M。GEBCO下載的數(shù)據(jù)文件是NetCDF格式，通常以.nc為文件后綴。NetCDF(networkCommonDataForm)網(wǎng)絡通用數(shù)據(jù)格式是由美國大學大氣研究協(xié)會(UCAR)的Unidata項目科學家針對科學數(shù)據(jù)的特點開發(fā)的，是一種面向數(shù)組型并適于網(wǎng)絡共享的數(shù)據(jù)的描述和編碼標準。NetCDF數(shù)據(jù)格式具有以下特性：1）自描述性：它是一種自描述的二進制數(shù)據(jù)格式，包含自身的描述信息；2）易用性：它是網(wǎng)絡透明的，可以使用多種方式管理和操作這些數(shù)據(jù)；3）高可用性：可以高效訪問該數(shù)據(jù)，在讀取大數(shù)據(jù)集中的子數(shù)據(jù)集時不用按順序讀取，可以直接讀取需要訪問的數(shù)據(jù)；4）可追加性：對于新數(shù)據(jù)，可沿某一維進行追加，不用復制數(shù)據(jù)集和重新定義數(shù)據(jù)結構；5）平臺無關性：支持在異構的網(wǎng)絡平臺間進行數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)共享并可以由多種軟件讀取并使用多種語言進行讀寫操作等。NetCDF格式在自然科學的數(shù)據(jù)表達方面應用極其廣泛，尤其在地球科學和地理信息大數(shù)據(jù)更是常用的數(shù)據(jù)格式。幾乎所有的GIS軟件都支持netCDF格式文件，如ArcGIS、Saga-GIS等。其他科學研究工具，如著名的Matlab、R等都支持netCDF格式。GEBCO水深數(shù)據(jù)可以由多種GIS軟件操作，考慮到實際以等值線圖等為主，我們后面使用以做等值線圖的神器Sufer為例。下面是在Sufer中直接用GEBCO創(chuàng)建的等深線圖：（注意Sufer12可以直接打開netCDF文件，Sufer11則需要先用GlobalMapper把netCDF文件轉(zhuǎn)換為sufergrid格式）原圖顯得過于繁瑣，繪制的等值線過于密集，我們使用GridFilter濾波工具進行簡化：濾波的方式很多，用戶需要結合不同的濾波方式和不同的濾波次數(shù)找到最佳的濾波效果。下面是使用高斯濾波器經(jīng)過50次濾波后得到的結果：調(diào)整一下等值線的條數(shù)，并配以合適的顏色，圖更美觀一點：創(chuàng)建一張剖面圖：創(chuàng)建一張立體圖和陰影渲染圖看看：2.2海水水溫和鹽度數(shù)據(jù)對海洋的數(shù)據(jù)調(diào)查中，海水水溫和鹽度數(shù)據(jù)是最為豐富的，各種海洋數(shù)據(jù)產(chǎn)品繁多，令人眼花繚亂。簡單舉例如：1SODA數(shù)據(jù)：

SODA海洋數(shù)據(jù)集由全球簡單海洋資料同化分析系統(tǒng)（SimpleOceanDataAssimilation）產(chǎn)生，該系統(tǒng)是美國馬里蘭大學（UniversityofMaryland）于20世紀90年代初開始開發(fā)的分析系統(tǒng)，其目的是為氣候研究提供一套與大氣再分析資料相匹配的海洋再分析資料。2Argo數(shù)據(jù)

ARGO計劃通俗稱“ARGO全球海洋觀測網(wǎng)”。是由美國等國家大氣、海洋科學家于1998年推出的一個全球海洋觀測試驗項目，計劃在全球大洋中每隔300公里布放一個衛(wèi)星跟蹤浮標，組成一個龐大的ARGO全球海洋觀測網(wǎng)。3WOD和WOA數(shù)據(jù)

WOA09是由美國海洋資料中心（theU.S.NationalOceanographicDataCenter）提供的分辨率為1o和5o的全球海洋經(jīng)緯網(wǎng)格的氣候?qū)W客觀分析、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，其包括了33個深度上的溫度、鹽度等變量的年、月、季節(jié)數(shù)據(jù)。4GTSPP數(shù)據(jù)全球溫鹽剖面計劃（GTSPP）是IOC/IODE委員會和IOC/WMO全球海洋服務系統(tǒng)（IGOSS）委員會聯(lián)合開展的一項計劃。IODE和IGOSS分別是IOC和WMO的技術委員會。GTSPP計劃的主要目標是向用戶快速提供海洋溫鹽（T-S）觀測資料，使用戶能更容易得到這些資料。……………….從中學地理教學實踐出發(fā)，我們下面以使用WOD/WOA數(shù)據(jù)為例介紹如何使用海洋水溫和鹽度數(shù)據(jù)。如何獲取WOD/WOA數(shù)據(jù)：獲取WOD/WOA數(shù)據(jù)的方式很多，常見方式：一是直接上其官方網(wǎng)站去下載，

WOD/WOA數(shù)據(jù)官方網(wǎng)站：

/一是使用LAS服務器(LiveAccessServer)獲取海洋等科學數(shù)據(jù)前者比較簡單，以下的例子使用LAS服務器獲取WOD/WOA數(shù)據(jù)。什么是LAS服務器？"TheLiveAccessServer(LAS)isahighlyconfigurablewebserverdesignedtoprovideflexibleaccesstogeo-referencedscientificdata.ItcanpresentdistributeddatasetsasaunifiedvirtualdatabasethroughtheuseofOPeNDAP

networking.FerretisthedefaultvisualizationapplicationusedbyLAS,thoughotherapplications(Matlab,IDL,GrADS,...)canalsobeused."ThemostcurrentversionisLAS8.2FromtheLAShomepageLAS官方網(wǎng)站：http:///LAS/home國內(nèi)訪問比較穩(wěn)定而且速度較快的LAS服務器:1國家虛擬海洋數(shù)據(jù)系統(tǒng)(NationalVirtualOceanDataSystem)

http:///NVODS/2國家海洋數(shù)據(jù)中心(NationalOceanographicDataCenter)http:///las/國際上LAS服務器很多，詳細的列表參閱：http:///LAS/las-servers獲取LAS數(shù)據(jù)連接美國國家海洋數(shù)據(jù)中心的LAS服務器:選擇數(shù)據(jù)集類型找到WOA數(shù)據(jù)。選擇WOA的更具體類型。選擇區(qū)域、時間等選擇下載的數(shù)據(jù)文件類型這是下載的全球一月份水溫數(shù)據(jù),在等值線神器Sufer軟件處理后的輸出結果。2.3洋流數(shù)據(jù)洋流數(shù)據(jù)很多，比較方便下載使用的如：OSCAR數(shù)據(jù)和GDP數(shù)據(jù)。1OSCAR數(shù)據(jù)：是美國國家海洋和大氣管理局(NOOA)利用衛(wèi)星高度計獲取的表層洋流數(shù)據(jù)。官方網(wǎng)站：http:///index.html2GDP數(shù)據(jù)：以下例子以OSCAR數(shù)據(jù)為例。進入OSCAR官方網(wǎng)站，點擊”DataDisplay&Download”中的”DataDownload”進入數(shù)據(jù)選擇界面，由于大部分用戶的電腦并沒有安裝Java運行環(huán)境，所以我們最好點擊右上角的”non-Javaversion”按需要設置相關參數(shù)，我想研究一下印度洋的洋流，所以選擇了2014年2月和8月的月平均洋流u和v值，選擇范圍為東經(jīng)30到120度，南緯30到北緯30度再點擊右下角的”Downloaddata”就可以下載數(shù)據(jù)了。下載來的數(shù)據(jù)通常是zip文件，解壓后得到一個nc文件這是地球科學數(shù)據(jù)最常用的netCDF格式文件，可以導入到自己熟悉的GIS軟件中。以下我使用Sufer軟件來繪制印度洋2014年2月平均洋流流向和流速示意圖，選擇Sufer的理由是：1新的Sufer12對netCDF支持很好2Sufer能方便地使用u,v數(shù)據(jù)繪制流向圖打開Sufer軟件，選擇MapNew2-GridvectorMap依次選擇剛才下載的nc