南卓铜：引航西部地学信息化研究
2014-01-05
他建立的青藏高原年平均地温模型被用于近年出版的中国冰川冻土沙漠图，该图是研究青藏高原多年冻土分布的权威地图；他负责的中国西部环境与生态科学数据中心是西部地学研究数据资源最丰富的数据中心，是进入世界知识库的中国两家机构之一；他主持的黑河流域空间决策支持系统部署于甘肃省水文局、张掖市、县水务部门及下属灌区，为黑河流域水资源合理利用决策发挥作用。
他就是中国科学院寒区旱区环境与工程研究所南卓铜研究员。多年来，南卓铜研究员致力于地理信息系统与空间决策支持系统的建立、寒区水文/陆面过程建模及方法论的研究、科学数据共享，不断为传统的地学研究注入信息技术的新方法，并在此过程中取得了卓有成效的收获。
集大成：黑河流域地理空间决策支持系统
决策支持系统是流域科学研究成果转化的重要工具。受到国家自然科学基金项目、科技部高新技术863项目的支持，南卓铜研究员课题组结合地理信息系统技术、数据库技术和多种决策方法，围绕黑河流域中上游水土资源问题，设置水权转化、退耕还水、生态补偿、水源涵养林保护等情景，建立水土资源情景评估体系，演示基于决策支持系统为流域管理提供科学决策依据的能力，主要解决如何发展一个易于使用、便于扩展、集成多学科科学模型的满足流域集成管理需求的空间决策支持系统，以及如何集成多种学科模型从而提供中上游水土资源的情景评价能力，理解政策如何影响水土资源利用等关键科学问题。
目前南卓铜研究员等人已设计和建成了一个通用的基于科学模型的多准则决策支持系统，在易用性、扩展性、模型库集成方面做了大量的工作，并创新性地提出了一种支持多学科模型集成和技术层面解决模型多时空尺度集成难题的决策支持系统方案。对决策支持系统必需的知识系统进行了较细致的研究，尤其是对水文建模相关知识进行了较好的归纳和组织。成果特色在于将水文、陆面过程、生态、土地利用变化、社会经济等多学科模型集成在统一的决策支持系统框架内。他领导的课题组建成的决策支持系统已经初步部署在甘肃省水文水资源勘测局、甘肃省张掖市、县水务部门及33个灌区开展实际应用测试。
走新路：冻土分布和情景模拟
南卓铜研究员是国内较早将地理信息技术应用于冻土研究的学者。受到青藏铁路重大项目、国家重点实验室开放基金、科技部科技基础性工作专项的支持，他对青藏高原多年冻土分布进行较系统的研究，评价了国内外流行的多年冻土分布模型在青藏高原的适用性，其中基于年平均地温模型的模拟结果应用于2005年出版的《中国冰川冻土沙漠分布图》，是目前最新的被广泛应用的冻土图。该成果创新性地扩展了经典的尼尔森冻土分布模型，具备比原模型更好的模拟性能；较早地应用探地雷达进行野外多年冻土调查，证实了西大滩多年冻土退化的事实。结合气候变化情景，他们模拟了未来50年、100年的青藏高原多年冻土变化情况，并结合钻孔含冰量数据，第一次估计了青藏高原多年冻土含冰量。情景模拟和含冰量估算结果是青藏铁路重大项目的汇报内容之一。同时，这也是国内较早的将遥感和地理信息系统手段成功应用于青藏高原冻土分布、冻土区植被和土壤分类。
在目前承担的冻土工程国家重点实验室开放基金课题“Noah陆面过程模型热力学参数化方案改进及青藏高原冻土水热状况模拟”上，他们在Noah LSM的热力学参数化方案评价的基础上，进行Noah LSM的热力学参数化方案的改进以提高对冻土水热状况的模拟性能；利用改进后的Noah模型对青藏高原冻土水热状况进行分布式模拟，在此基础上，将探讨青藏高原多年冻土空间分布和冻土层含冰量时空分布等冻土学研究关心的问题。
填空白：地表过程建模环境
流域科学问题是复杂的多学科交叉问题，而多学科（水文、陆面过程、生态、社会经济等）模型集成是重要的工具，然而多模型的集成不仅涉及模型机理、尺度等科学问题，还有很大的技术工作量将模型代码连接到一起。依托计算机平台的建模环境是较好的进行模型集成的技术手段，实现高效的建模流程。国际上从上世纪80年代开始就考虑依靠计算机技术搭建模块化的建模平台，2000年后出现一些主要的用于水文和生态建模的平台。国内也开始e-Science等科研信息化的研究内容，但此工作一直是国内的空白。受中科院重点方向项目的支持，南卓铜研究员项目组围绕地表过程建模，突破了集成环境的模型控制、模型参数优化与数据匹配等关键技术方法，标准化和集成了近70个水文、陆面过程、生态、人文等地表子过程模型，建成了一个复杂地表过程综合建模环境平台，在模型重用、模块创建、基于知识的模块组合等方面具有特色，为地表过程集成建模奠定了坚实的基础，提高了地表过程建模的方法论研究。此工作填补了国内该领域的空白，此后国家自然科学基金委启动的“黑河流域水文—生态集成研究”重大计划开始启动类似研究的项目。
建门户：数据共享研究
受到国家自然科学基金重点项目、青海湖数据中心项目、科技部基础条件平台项目的支持，南卓铜研究员团队建成了基金委重点项目中国西部环境与生态科学数据中心（http://westdc.westgis.ac.cn，西部数据中心），整理、规范和共享中国西部的环境和生态数据。从2006年试运行，截止到2012年11月，网站注册用户超7500人，来自80多个国家的20多万人次访问，数据总服务量50TB以上，向300多家国内外科研单位提供了数据服务，至少有369篇期刊文章显著标注了数据来源于西部数据中心。截止2012年10月，数据中心为50个973项目、11个863项目、114个自然科学基金项目、33个西部计划项目、39个国家科技支撑计划项目、10个中科院知识创新重大工程项目、45个基金委重大计划黑河流域计划项目、148个研究生论文等提供了数据支持，已经成为地学口数据共享的主要门户之一。数据服务成效得到了科技部主管领导的好评，并希望将经验推广到国内其他学科数据中心。
同时，他们建成了拥有自主产权的全部基于开源软件的科学数据共享平台，基于此平台，为青海省环保厅建立了“青海湖流域生态环境综合数据中心”（http://deep.qherc.org/）；率先在国内数据中心开展数据和知识的集成、在线模型服务等工作，实现青海湖流域各类生态环境数据的管理和共享，实现青海湖流域生态环境数据的网络发布，并提供生态环境数据的网络服务，实现业务化运行。
在科技部科技基础性工作专项“青藏高原多年冻土本底调查”子课题“青藏高原多年冻土遥感与本底数据共享”上，南卓铜研究员等人整理、分析、集成了多年冻土本底调查典型区内各类调查数据，整合、融合以往数据，深入分析数据的内在关系，最终构建青藏高原多年冻土本底信息共享系统；以遥感数据为信息源，结合野外调查、监测数据资料，建立地面覆被特征和环境变量的遥感提取方法；在分析冻土特征和环境因素的基础上，进行青藏高原多年冻土分布模型研究，结合陆面过程模型研究青藏高原多年冻土的发生、发展和演化规律。
专家简介
南卓铜，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员、博士生导师。1977年1月出生。1998年毕业于兰州大学地理科学系获本科学位；2003年毕业于中国科学院寒区旱区环境与工程研究所获理学博士学位；2007-2009年在美国匹兹堡大学做博士后研究。近年主持科技部863、国家自然科学基金面上、中科院重点方向等多项科研项目；在国内外期刊发表论文60余篇；出版专著1部、地图1部；建立数据共享平台2个、软件著作9个；指导研究生10余名。任九三学社甘肃省第7届委员会委员、西北师范大学兼职教授 (2010-)、兰州大学资源环境学院兼职副教授(2006-)、中国科学院北京研究生院兼职副教授(2005-)、联合国教科文组织国际水文计划“干旱区全球水与发展信息网络”亚洲秘书处秘书、国家863计划专家库专家、GIS协会理论与方法专业委员会委员、国家自然科学基金委地学学科函评专家、江苏省科技咨询专家等；担任《冰川冻土》、《干旱区地理》、《中国矿业大学学报》、《Advances in Information Sciences and Service Sciences》、IEEE J-STARS等多家国内外期刊评审。
来源：科学中国人 2013年 第1期
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