海洋大数据和中学地理教学

海洋大数据和中学地理教学东莞市长安中学文合平2014年12月一、大数据的进化还记得这是什么吗？20年前，我很震撼这个东西能容纳下70万汉字的信息容量！它的容量是1.44M我用的第一个硬盘是Corner牌420M的，如今只能在旧货市场当古董了。容量420M，估计是当时全镇最大的一个硬盘，因为那时有硬盘，哪怕是40M的硬盘的电脑就算高档了。在那个DOS时代，我这硬盘的使用没有超过10%.这个昆腾1G硬盘仍然属于古董，但是当年我第一次看见1G硬盘时的震撼现在还有很清晰的记忆这是我现在使用的硬盘，我进入了数据T时代！地理科学数据信息量极其庞大，如著名的“地球服务器”项目,数据量达到EB级别!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……………我们处于大数据时代！但是我们面临的问题很多：1地理信息大数据从哪里获得？（大数据在哪？）2地理信息大数据格式是如何的？3使用什么软件来操作相关地理信息数据？4相关软件如何操作？5如何把相关数据应用到教学当中，提高教学效率和效果？二、

海洋大数据的获取及应用实践：随着国家海洋意识的逐渐增强，海洋教学在地理教学中的作用越来越大，如何利用海洋大数据更好地为我们地理教学服务是一个有意义的课题。本章介绍如何获取与中学地理教学相关的海洋数据，包括地形数据、水温和盐度数据以及洋流数据，及简单的操作。2.1海洋地形数据海洋地形数据主要有GEBCO数据和ETOP1数据1)GEBCO由国际海道测量组织（IHO）和政府间海洋学委员会（IOC）协调有关国家联合编制的覆盖全球海洋水深图。http://2)ETOPETOP数据是由NOAA（美国国家海洋大气局）制作的当今海洋模式中最常用的水深数据，包括ETOP5、ETOP2和ETOP1。最新的ETOP数据是ETOPO1，它是分辨率为1‘的全球地形模型，它包含了全球大陆的地势起伏和海洋中的水深数据，以及冰面的数据等。http:///mgg/global/global.html获取GEBCO数据：在DataandProduct中选择Griddedbathymetrydata:点击availbletodownload后进入交互式全球海洋水深数据下载页面:GEBCO数据有30弧秒的2014版本和旧的1分版本,前者精度更高但数据量大很多;我们地理教学选择以前的1分版本就足够了。即便是1分版本，如果下载全球的数据也是很大，所以应该利用交互界面选择自己需要的区域的水深数据。在正确选择了数据格式、区域经纬度之后，就可以选择将数据加入到购物篮中，再选择付款获取就可以了。这个获取过程是免费的，但是需要事前申请帐号，这同样是免费的。本例以中国附近海域为例，只下载了赤道到北纬45度，东经90度到东经135度范围的数据，数据文件大小约为16M。GEBCO下载的数据文件是NetCDF格式，通常以.nc为文件后缀。NetCDF(networkCommonDataForm)网络通用数据格式是由美国大学大气研究协会(UCAR)的Unidata项目科学家针对科学数据的特点开发的，是一种面向数组型并适于网络共享的数据的描述和编码标准。NetCDF数据格式具有以下特性：1）自描述性：它是一种自描述的二进制数据格式，包含自身的描述信息；2）易用性：它是网络透明的，可以使用多种方式管理和操作这些数据；3）高可用性：可以高效访问该数据，在读取大数据集中的子数据集时不用按顺序读取，可以直接读取需要访问的数据；4）可追加性：对于新数据，可沿某一维进行追加，不用复制数据集和重新定义数据结构；5）平台无关性：支持在异构的网络平台间进行数据传输和数据共享并可以由多种软件读取并使用多种语言进行读写操作等。NetCDF格式在自然科学的数据表达方面应用极其广泛，尤其在地球科学和地理信息大数据更是常用的数据格式。几乎所有的GIS软件都支持netCDF格式文件，如ArcGIS、Saga-GIS等。其他科学研究工具，如著名的Matlab、R等都支持netCDF格式。GEBCO水深数据可以由多种GIS软件操作，考虑到实际以等值线图等为主，我们后面使用以做等值线图的神器Sufer为例。下面是在Sufer中直接用GEBCO创建的等深线图：（注意Sufer12可以直接打开netCDF文件，Sufer11则需要先用GlobalMapper把netCDF文件转换为sufergrid格式）原图显得过于繁琐，绘制的等值线过于密集，我们使用GridFilter滤波工具进行简化：滤波的方式很多，用户需要结合不同的滤波方式和不同的滤波次数找到最佳的滤波效果。下面是使用高斯滤波器经过50次滤波后得到的结果：调整一下等值线的条数，并配以合适的颜色，图更美观一点：创建一张剖面图：创建一张立体图和阴影渲染图看看：2.2海水水温和盐度数据对海洋的数据调查中，海水水温和盐度数据是最为丰富的，各种海洋数据产品繁多，令人眼花缭乱。简单举例如：1SODA数据：

SODA海洋数据集由全球简单海洋资料同化分析系统（SimpleOceanDataAssimilation）产生，该系统是美国马里兰大学（UniversityofMaryland）于20世纪90年代初开始开发的分析系统，其目的是为气候研究提供一套与大气再分析资料相匹配的海洋再分析资料。2Argo数据

ARGO计划通俗称“ARGO全球海洋观测网”。是由美国等国家大气、海洋科学家于1998年推出的一个全球海洋观测试验项目，计划在全球大洋中每隔300公里布放一个卫星跟踪浮标，组成一个庞大的ARGO全球海洋观测网。3WOD和WOA数据

WOA09是由美国海洋资料中心（theU.S.NationalOceanographicDataCenter）提供的分辨率为1º和5º的全球海洋经纬网格的气候学客观分析、统计分析数据，其包括了33个深度上的温度、盐度等变量的年、月、季节数据。4GTSPP数据全球温盐剖面计划（GTSPP）是IOC/IODE委员会和IOC/WMO全球海洋服务系统（IGOSS）委员会联合开展的一项计划。IODE和IGOSS分别是IOC和WMO的技术委员会。GTSPP计划的主要目标是向用户快速提供海洋温盐（T-S）观测资料，使用户能更容易得到这些资料。……………….从中学地理教学实践出发，我们下面以使用WOD/WOA数据为例介绍如何使用海洋水温和盐度数据。如何获取WOD/WOA数据：获取WOD/WOA数据的方式很多，常见方式：一是直接上其官方网站去下载，

WOD/WOA数据官方网站：

/一是使用LAS服务器(LiveAccessServer)获取海洋等科学数据前者比较简单，以下的例子使用LAS服务器获取WOD/WOA数据。什么是LAS服务器？"TheLiveAccessServer(LAS)isahighlyconfigurablewebserverdesignedtoprovideflexibleaccesstogeo-referencedscientificdata.ItcanpresentdistributeddatasetsasaunifiedvirtualdatabasethroughtheuseofOPeNDAP

networking.FerretisthedefaultvisualizationapplicationusedbyLAS,thoughotherapplications(Matlab,IDL,GrADS,...)canalsobeused."ThemostcurrentversionisLAS8.2FromtheLAShomepageLAS官方网站：http:///LAS/home国内访问比较稳定而且速度较快的LAS服务器:1国家虚拟海洋数据系统(NationalVirtualOceanDataSystem)

http:///NVODS/2国家海洋数据中心(NationalOceanographicDataCenter)http:///las/国际上LAS服务器很多，详细的列表参阅：http:///LAS/las-servers获取LAS数据连接美国国家海洋数据中心的LAS服务器:选择数据集类型找到WOA数据。选择WOA的更具体类型。选择区域、时间等选择下载的数据文件类型这是下载的全球一月份水温数据,在等值线神器Sufer软件处理后的输出结果。2.3洋流数据洋流数据很多，比较方便下载使用的如：OSCAR数据和GDP数据。1OSCAR数据：是美国国家海洋和大气管理局(NOOA)利用卫星高度计获取的表层洋流数据。官方网站：http:///index.html2GDP数据：以下例子以OSCAR数据为例。进入OSCAR官方网站，点击”DataDisplay&Download”中的”DataDownload”进入数据选择界面，由于大部分用户的电脑并没有安装Java运行环境，所以我们最好点击右上角的”non-Javaversion”按需要设置相关参数，我想研究一下印度洋的洋流，所以选择了2014年2月和8月的月平均洋流u和v值，选择范围为东经30到120度，南纬30到北纬30度再点击右下角的”Downloaddata”就可以下载数据了。下载来的数据通常是zip文件，解压后得到一个nc文件这是地球科学数据最常用的netCDF格式文件，可以导入到自己熟悉的GIS软件中。以下我使用Sufer软件来绘制印度洋2014年2月平均洋流流向和流速示意图，选择Sufer的理由是：1新的Sufer12对netCDF支持很好2Sufer能方便地使用u,v数据绘制流向图打开Sufer软件，选择MapNew2-GridvectorMap依次选择刚才下载的nc