典型海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀及對我國的啟示

孫苗，王子珂，童心，符昱，王漪，康林沖，姜曉軼

1. 國家海洋信息中心，天津 300171；2. 國家海洋科學(xué)數(shù)據(jù)中心，天津 300171；3. 自然資源部海洋信息技術(shù)創(chuàng)新中心，天津 300171

0 引言

海洋觀測數(shù)據(jù)及產(chǎn)品在支撐科技創(chuàng)新、跨學(xué)科融合發(fā)展和應(yīng)對氣候變化等方面具有重要作用，觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量、時空覆蓋范圍和開放共享程度是影響數(shù)據(jù)及產(chǎn)品應(yīng)用范圍、了解海洋環(huán)境系統(tǒng)性變化、刷新海洋認(rèn)知的關(guān)鍵性因素。作為評估氣候變化相關(guān)科學(xué)的權(quán)威國際機(jī)構(gòu)，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）于2014年發(fā)布的第五次評估報告（IPCC AR5）中用于評估海洋變化的海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品均來自國外[1]，我國則貢獻(xiàn)很少，這反映出我國海洋觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品在應(yīng)用層面存在局限性的問題。因此，充分掌握海洋科技強(qiáng)國研制發(fā)布的海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用情況，深層挖掘其數(shù)據(jù)特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)和開放共享模式，從而為擴(kuò)大我國海洋觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用提供參考和借鑒具有科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。

目前全球變化研究需要長時序、大尺度海洋環(huán)境數(shù)據(jù)產(chǎn)品或數(shù)值模擬產(chǎn)品，其中數(shù)值模擬產(chǎn)品也依賴于大量的環(huán)境觀測數(shù)據(jù)和先進(jìn)的同化技術(shù)，如全球簡單海洋資料同化分析（simple ocean data assimilation，SODA）系統(tǒng)在同化分析過程使用的溫鹽數(shù)據(jù)大部分來自世界海洋數(shù)據(jù)庫（world ocean database，WOD）、全球海洋觀測網(wǎng)（array for real-time geostrophic oceanography，Argo）的觀測數(shù)據(jù)、綜合海洋-大氣數(shù)據(jù)集（comprehensire ocean-atmosphere data set，COADS）以及衛(wèi)星高度計的SLA（sea level anomaly）觀測數(shù)據(jù)等資料。歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECMWF）的全球海洋再分析數(shù)據(jù)（ECMWF re-analysis，ERA）的同化方案中融合了WOD數(shù)據(jù)、全球溫鹽剖面計劃（global temperature and salinity profile plan，GTSPP）數(shù)據(jù)、Argo觀測資料、法國衛(wèi)星海洋存儲、驗證、解譯（archiving, validation, and interpretation of satellite oceanographic，AVISO）等[2]。這些發(fā)展比較成熟、應(yīng)用比較廣泛的海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品普遍具有積累時間長、質(zhì)控技術(shù)先進(jìn)、更新頻率穩(wěn)定以及開放共享程度高等特點(diǎn)，且均由國外少數(shù)幾個海洋科技強(qiáng)國研制提供。我國在海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品研制及應(yīng)用方面總體處于趕跑階段。

本文選取上述具有代表性的海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)集，通過深入研究其數(shù)據(jù)特點(diǎn)、質(zhì)量控制流程、管理應(yīng)用和開放共享現(xiàn)狀，總結(jié)其廣泛應(yīng)用的成功經(jīng)驗，同時分析國內(nèi)海洋科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品現(xiàn)狀及存在的問題，并提出發(fā)展建議，為我國海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品未來的發(fā)展提供參考。

1 國外典型海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集

1.1 美國國家環(huán)境信息中心世界海洋數(shù)據(jù)庫（WOD）

作為經(jīng)過科學(xué)質(zhì)量控制的海洋剖面和海洋生物觀測數(shù)據(jù)集，WOD由國際海洋數(shù)據(jù)和信息交換委員會（IODE）資助。該數(shù)據(jù)集主要來源于近350個全球或區(qū)域海洋觀測資料收集計劃，主要數(shù)據(jù)包括全球海洋學(xué)數(shù)據(jù)搶救計劃、全球海洋數(shù)據(jù)庫計劃、全球Argo浮標(biāo)觀測計劃、世界海洋數(shù)據(jù)庫計劃、全球溫鹽剖面計劃、世界海洋環(huán)流實(shí)驗、全球海洋通量聯(lián)合研究、海洋邊界實(shí)驗等項目觀測數(shù)據(jù)，包含由大面觀測站、溫鹽深剖面儀（conductivity temperature depth，CTD）、機(jī)械式溫深儀（mechanical bathythermograph，MBT）、投棄式溫深儀（expendable bathythermograph，XBT）等11種海洋觀測儀器獲取的溫鹽、氧氣、pH值、二氧化碳等20多種參數(shù)數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)更新方面，WOD數(shù)據(jù)集具有穩(wěn)定的更新頻率，按季度在線發(fā)布更新收集的新數(shù)據(jù)，每4年發(fā)布經(jīng)詳細(xì)排重和質(zhì)量控制的數(shù)據(jù)光盤。2018年9月發(fā)布了WOD18數(shù)據(jù)集，目前該數(shù)據(jù)集包括超過1 570萬個測量站點(diǎn)，以及35.6億條剖面測量數(shù)據(jù)。WOD18版數(shù)據(jù)計算了137個標(biāo)準(zhǔn)深度上的數(shù)據(jù)，比WOD13多了97個標(biāo)準(zhǔn)深度。經(jīng)梳理對比，截至2021年9月2日，各版本數(shù)據(jù)量見表1。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，WOD數(shù)據(jù)集在不斷完善提升觀測儀器的數(shù)量和數(shù)據(jù)總量。在質(zhì)量控制方面，WOD數(shù)據(jù)集具有嚴(yán)格的質(zhì)量控制流程，WOD18數(shù)據(jù)集中每一個數(shù)值和每一個觀測斷面都有相應(yīng)的質(zhì)量控制標(biāo)識與之對應(yīng)，用于標(biāo)識數(shù)據(jù)是否存在問題、是否可用或具有代表性等信息。WOD對于不同海洋要素的質(zhì)量控制級別不同，用于計算氣候態(tài)平均的要素（如溫度、鹽度等）的質(zhì)量控制級別最高，僅自動化質(zhì)量控制檢測階段就包括針對31個海洋區(qū)域102個標(biāo)準(zhǔn)級別的監(jiān)測[3]。

表1 WOD18數(shù)據(jù)量與其他版本對比

在數(shù)據(jù)開放共享和應(yīng)用技術(shù)方面，WOD由美國國家環(huán)境信息中心（NCEI）公開發(fā)布，并提供ASCII、netCDF等多種格式。為了進(jìn)一步方便用戶使用，WOD研發(fā)了數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和世界海洋數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)（WODselect）等工具集，通過用戶指定搜索條件查詢檢索，對數(shù)據(jù)資源進(jìn)行抽取，并在NCEI的網(wǎng)站上提供文件傳輸協(xié)議（file transfer protocol，F(xiàn)TP）供用戶下載使用，并實(shí)現(xiàn)ASCII到多種數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)化。此外，WOD采用數(shù)字對象標(biāo)識符（digital object identifier，DOI）對數(shù)據(jù)集中的每個站點(diǎn)的儀器、研究人員、研究機(jī)構(gòu)、項目和數(shù)據(jù)管理員等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)識，在保障了數(shù)據(jù)版權(quán)的同時方便數(shù)據(jù)引用。

WOD數(shù)據(jù)集具有時空覆蓋度高、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制過程可靠、開放共享應(yīng)用技術(shù)成熟等特點(diǎn)，其發(fā)布機(jī)構(gòu)NCEI通過建立完整的業(yè)務(wù)化海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)更新機(jī)制和統(tǒng)一的海洋數(shù)據(jù)資源開放共享的國家級平臺，保障了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和權(quán)威性，為研究人員節(jié)省了大量數(shù)據(jù)收集、整合處理的時間。WOD數(shù)據(jù)集多年來被廣泛應(yīng)用于海洋溫鹽、生物、化學(xué)、海氣相互作用等領(lǐng)域的研究。

1.2 國際海洋綜合大氣數(shù)據(jù)集（ICOADS）

ICOADS是現(xiàn)存非常完整、綜合的海表面氣候觀測資料，數(shù)據(jù)最早可追溯至1662年。1981年，作為ICOADS的前身，COADS項目由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）和美國國家科學(xué)基金委的國家大氣研究中心（NCAR）共同合作執(zhí)行，并于2002年更名為ICOADS。ICOADS的數(shù)據(jù)分為兩類：一類是觀測數(shù)據(jù)，包括船、浮標(biāo)和其他觀測平臺的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)要素種類齊全；另一類是2°（1800年至今）和1°（1960年至今）分辨率的月統(tǒng)計格網(wǎng)化數(shù)據(jù)，也是目前使用比較廣泛的數(shù)據(jù)。ICOADS 3.0版（R3.0）涵蓋了1662—2014年的數(shù)據(jù)，并更新了2014年至今的月度數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，包括氣溫、云類型、濕度、鹽度、海平面壓力、海面溫度、海表面風(fēng)、風(fēng)浪等數(shù)據(jù)，總數(shù)據(jù)量為202.75 GB。

隨著數(shù)百年來測量技術(shù)和觀測儀器設(shè)備的不斷更新，ICOADS匯集了不同觀測系統(tǒng)的觀測結(jié)果，并經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制，發(fā)布了多個版本數(shù)據(jù)集，滿足不同用戶對數(shù)據(jù)時空范圍、分辨率的要求。每個版本的發(fā)布都伴隨著詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析報告，報告包含質(zhì)量控制評估、數(shù)據(jù)去重情況、各版本數(shù)據(jù)對比、每個數(shù)據(jù)要素采樣和處理情況、唯一數(shù)據(jù)標(biāo)識情況等信息，為用戶深入了解該版本數(shù)據(jù)提供了深入的技術(shù)支撐。此外，ICOADS還做了大量的數(shù)據(jù)修復(fù)工作，通過航行記錄的數(shù)字化，不斷發(fā)掘原始數(shù)據(jù)中的新信息，更新提高數(shù)據(jù)集的時空覆蓋度和數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量。

該數(shù)據(jù)集由NOAA管理，并通過NCEI等多個機(jī)構(gòu)進(jìn)行免費(fèi)發(fā)布共享，ICOADS核心團(tuán)隊建立了國際合作交流機(jī)制，為數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作提供科學(xué)建議。2019年該數(shù)據(jù)集支撐了海洋學(xué)和海洋氣象學(xué)聯(lián)合技術(shù)委員會（JCOMM）第五屆海洋氣候?qū)W講習(xí)班、原位海洋風(fēng)講習(xí)班，并被廣泛應(yīng)用于海洋環(huán)境研究及論文發(fā)表，截至2018年3月26日，ICOADS支撐多達(dá)1 000余篇學(xué)術(shù)論文的發(fā)表，在再分析和格網(wǎng)化數(shù)據(jù)產(chǎn)品研制方面被引用40 000余次，涉及十幾個研究領(lǐng)域，為科學(xué)傳播提供了有力服務(wù)。

ICOADS通過廣泛的合作、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)管理發(fā)布技術(shù)流程和遵照原始資料修復(fù)數(shù)據(jù)集的方法，保證了其資料的科學(xué)性和完整性。通過多渠道、多平臺的開放共享和宣傳推廣，為數(shù)據(jù)集在多學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用提供了有效手段。

1.3 全球溫鹽剖面計劃（GTSPP）

GTSPP由政府間海洋學(xué)委員會（IOC）的IODE和政府間海洋學(xué)委員會-世界氣象組織（IOC-WMO）的綜合全球海洋服務(wù)系統(tǒng)（IGOSS）技術(shù)委員會共同發(fā)起，項目于1989年正式啟動，目的是研發(fā)一個端對端的海洋溫鹽數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，建立一個海洋數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的典型范式[4]。

在組織機(jī)構(gòu)管理方面，為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的科學(xué)性和可用性，GTSPP當(dāng)時的數(shù)據(jù)管理機(jī)構(gòu)——美國國家海洋數(shù)據(jù)中心（NODC）與斯克里普斯（Scripps）海洋研究所通力合作，建立了“聯(lián)合環(huán)境數(shù)據(jù)分析（JEDA）”中心項目。該項目的實(shí)施，一方面提高了NODC所持有數(shù)據(jù)的質(zhì)量，確保分發(fā)給其他數(shù)據(jù)中心或區(qū)域數(shù)據(jù)中心后的數(shù)據(jù)可使用性；另一方面，幫助NODC產(chǎn)出了一大批有用的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。GTSPP正是沿用了這種科學(xué)家團(tuán)隊與數(shù)據(jù)中心合作的模式——研究機(jī)構(gòu)在數(shù)據(jù)采集和專業(yè)上提供技術(shù)支持，數(shù)據(jù)中心則負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)化處理、保存和分發(fā)數(shù)據(jù)，才使得GTSPP的數(shù)據(jù)產(chǎn)品具有高質(zhì)量數(shù)據(jù)和完整的文檔記錄。

在質(zhì)量控制方法方面，首先是質(zhì)量控制標(biāo)簽。GTSPP采用兩種質(zhì)量控制標(biāo)簽：第一種針對每一個剖面賦予一個編碼，用于說明數(shù)據(jù)經(jīng)過了哪些測試檢驗；第二種用于說明數(shù)據(jù)的質(zhì)量，通常用置信度表示。質(zhì)量控制標(biāo)簽的使用解決了來自不同數(shù)據(jù)管理機(jī)構(gòu)的版本不統(tǒng)一、質(zhì)量控制程序不一致的問題。其次是質(zhì)量控制檢驗，主要包括格式和邏輯檢查過程、數(shù)據(jù)冗余檢驗、科學(xué)評估等階段。GTSPP數(shù)據(jù)冗余檢驗的標(biāo)準(zhǔn)采用的是熱帶海洋全球氣候（tropical ocean-global atmosphere，TOGA）次表面數(shù)據(jù)中心的相關(guān)研究經(jīng)驗，如每15 min或5 km范圍內(nèi)只采樣一個站?？茖W(xué)評估階段需要有觀測數(shù)據(jù)采集過程和要素特點(diǎn)的先驗知識，大致分為5個階段：剖面的采樣ID、位置和時間一致性檢驗；剖面數(shù)據(jù)內(nèi)部的一致性檢驗，如逆溫現(xiàn)象；氣候態(tài)檢驗；剖面一致性檢驗；目視檢查等相關(guān)內(nèi)容[5]。

在數(shù)據(jù)管理方面，GTSPP擁有持續(xù)更新管理的數(shù)據(jù)庫（continuously managed database，CMD），面向用戶提供及時更新的數(shù)據(jù)和方便使用的數(shù)據(jù)格式，CMD中還存儲了完備的質(zhì)量控制標(biāo)簽、元數(shù)據(jù)信息，讓用戶免除數(shù)據(jù)管理的復(fù)雜過程，提高數(shù)據(jù)的復(fù)用性。加強(qiáng)對數(shù)據(jù)處理流程的監(jiān)控，GTSPP分別通過WMO的全球通信系統(tǒng)（global telecommunication system，GTS）和IODE的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)時、延時接收溫鹽數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，同時增加了數(shù)據(jù)流程管理功能，定期公開數(shù)據(jù)更新情況，確保世界范圍內(nèi)各數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)集能最大限度地跟進(jìn)更新進(jìn)度[6]。重視用戶關(guān)于數(shù)據(jù)的報錯，及時向儀器操作人員反饋問題，GTSPP建立了完善的數(shù)據(jù)反饋機(jī)制，有利于及時發(fā)現(xiàn)和調(diào)整由儀器故障或人為操作導(dǎo)致的數(shù)據(jù)錯誤。

1.4 全球Argo數(shù)據(jù)

Argo是首個全球大洋次表層觀測陣列計劃，由美、法等國家的海洋學(xué)家于1998年發(fā)起，通過布放自潛式Argo剖面浮標(biāo)，組成一個實(shí)時和高分辨率的全球海洋觀測網(wǎng)，并借助衛(wèi)星定位和通信系統(tǒng)，實(shí)時（24 h）、準(zhǔn)確、大范圍地獲取全球海洋內(nèi)部的海水溫度、鹽度剖面資料[7]。Argo計劃由34個國家共同參與，各國負(fù)責(zé)自己國家的經(jīng)費(fèi)設(shè)置與儀器布放、數(shù)據(jù)處理及分發(fā)工作，每年總費(fèi)用約4 000萬美元，每天收集400條觀測資料，每月大概收集12 000條數(shù)據(jù)資料。

在團(tuán)隊建設(shè)方面，NOAA積極倡導(dǎo)鼓勵歐洲、南美洲、亞洲國家和澳大利亞參與到Argo國際合作中，在1999年3月召開了國際Argo科學(xué)團(tuán)隊（現(xiàn)改名為Argo指導(dǎo)小組）第一次會議，并籌劃Argo的具體實(shí)施方案，決定將Argo數(shù)據(jù)無限制地向全球免費(fèi)公開共享。這一政策的制定決定了Argo后續(xù)在國際范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用和專業(yè)肯定[8]。

在儀器設(shè)備研制技術(shù)方面，不斷更新迭代，通過提高傳感器的穩(wěn)定性，由最初0～2 000 m深度的海洋測量溫度、鹽度浮標(biāo)，不斷擴(kuò)展至測量6 000 m深度溫鹽屬性的浮標(biāo)，再到目前的測量海洋生物地球化學(xué)屬性信息的浮標(biāo)，Argo不斷走向深海大洋，測量參數(shù)也從單一的溫鹽屬性要素向溫度、鹽度、壓力、氧氣、pH、硝酸鹽、葉綠素、輻照度等多要素擴(kuò)展。在浮標(biāo)使用壽命和惡劣環(huán)境耐受程度上，Argo團(tuán)隊也不斷改善技術(shù)，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和覆蓋范圍。通過改進(jìn)電池性能，浮標(biāo)的設(shè)計壽命由20世紀(jì)初的3～5年延長到2019年的接近7年；采用銥星通信，縮短了通信時間，節(jié)省了能量，提高了Argo數(shù)據(jù)的垂向采集精度；通過改進(jìn)浮標(biāo)的冰感知測量算法，降低了在極地?zé)o冰期海水測量中的浮標(biāo)死亡率[9]。

在數(shù)據(jù)管理處理和開放共享方面，90%以上的剖面數(shù)據(jù)可以通過GTS和互聯(lián)網(wǎng)在24 h內(nèi)更新獲得，美國數(shù)據(jù)匯集中心（Data Assembly Center，DAC）處理了全球Argo一半以上的數(shù)據(jù)[10]，主導(dǎo)制定了數(shù)據(jù)處理指南和實(shí)時質(zhì)量控制程序，并對國際合作參與成員進(jìn)行培訓(xùn)。Wong A P S等人[11]建立了供科學(xué)研究的延時Argo數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，Johnson G C等人[12]改進(jìn)了大部分Argo浮標(biāo)上部署的美國海鳥科技公司（Sea-Bird Scientific）CTD傳感器的響應(yīng)算法，定量化計算了傳感器響應(yīng)的校正值，這些工作為提高Argo數(shù)據(jù)質(zhì)量做出了重要貢獻(xiàn)。目前，作為Argo資料的共享發(fā)布機(jī)構(gòu)之一，NCEI于2018年6月重新上線了全球Argo數(shù)據(jù)倉庫（GADR），采用專題實(shí)時環(huán)境分布式數(shù)據(jù)服務(wù)（thematic real-time environmental distributed data services，THREDDS）技術(shù)支撐Argo數(shù)據(jù)、信息和服務(wù)的查詢和共享，研發(fā)了可視化工具以推動科學(xué)研究的新發(fā)現(xiàn)。

在數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，作為非常豐富的全球海洋內(nèi)部資料來源，Argo數(shù)據(jù)對人們了解海洋生物/化學(xué)性質(zhì)，掌握全球氣候變化影響下的海洋季節(jié)、年際和年代際尺度變化發(fā)揮了重要作用。目前全球大多數(shù)海洋預(yù)報中心將Argo數(shù)據(jù)作為全球和區(qū)域背景場的海洋次表層參數(shù)，且Argo數(shù)據(jù)具有較高的時效性，被廣泛應(yīng)用于短期、長期的海洋與氣候的模式預(yù)報與再分析工作，推動了數(shù)值模式和模式檢驗的發(fā)展。僅2021年1—8月，將Argo數(shù)據(jù)應(yīng)用于科學(xué)研究而發(fā)表的學(xué)術(shù)論文就有300余篇。經(jīng)調(diào)研對比，自1998年以來，將Argo數(shù)據(jù)應(yīng)用于科學(xué)研究的論文數(shù)量約為4 900篇，如圖1所示。

圖1 使用Argo數(shù)據(jù)的論文發(fā)表數(shù)量對比

1999年至今，30多個國家布放超過1.6萬個浮標(biāo)，美國位列第一，占比近50%，中國位列第八，占比僅接近3%。通過以上分析可以得出，美國在Argo規(guī)則制訂、浮標(biāo)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理和質(zhì)量控制，以及主導(dǎo)Argo國際合作方面均處于絕對優(yōu)勢地位。

1.5 法國AVISO衛(wèi)星高度計數(shù)據(jù)

AVISO項目采用HY-2A、SARAL/AltiKa、CryoSat-2、OSTM/Jason-2、Jason-1、Topex/Poseidon、Envisat、GFO、ERS-1&2和Geosat等衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，研制發(fā)布衛(wèi)星高度計數(shù)據(jù)產(chǎn)品。數(shù)據(jù)包括海表面高度、風(fēng)場、浪、示蹤物等參數(shù)，按照時效性可分為近實(shí)時數(shù)據(jù)和延時數(shù)據(jù)，近實(shí)時數(shù)據(jù)和延時數(shù)據(jù)又分為沿軌數(shù)據(jù)和格網(wǎng)化數(shù)據(jù)，其中格網(wǎng)化數(shù)據(jù)又分為兩星融合（two-sat merged）數(shù)據(jù)和多星融合（all-sat merged）數(shù)據(jù)。2019年增加了Sentinel-3B單任務(wù)校正海表面異常數(shù)據(jù)集（L2P），2020年增加了HY-2C、Jason-CS/Sentinel-6B等任務(wù)數(shù)據(jù)。通過不斷融合多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品、保障數(shù)據(jù)穩(wěn)定更新，AVISO為深入了解海洋表層、次表層多尺度現(xiàn)象提供了寶貴的大面積長時序高度計資料。

經(jīng)過30多年的技術(shù)更迭和資料積累，AVISO的高度計產(chǎn)品已經(jīng)演變成一種具有生產(chǎn)力的技術(shù)，形成了成熟穩(wěn)健的數(shù)據(jù)共享服務(wù)應(yīng)用范式（如圖2所示）。法國國家空間研究中心（CNES）研制的星載多普勒雷達(dá)和無線電定位組合系統(tǒng)（doppler orbitography and radio-positioning integrated by satellite，DORIS）可以將衛(wèi)星在軌道上的精確位置控制在厘米范圍內(nèi)。此外，研發(fā)的多任務(wù)地面部分（SSALTO）和多任務(wù)地面部分高度計數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（SSALTO/Duacs）分別用于處理單衛(wèi)星和多衛(wèi)星數(shù)據(jù)。Duacs技術(shù)的主要特點(diǎn)是能夠處理多衛(wèi)星來源的異質(zhì)數(shù)據(jù)、近實(shí)時的響應(yīng)效率和全天候的高效運(yùn)作。

圖2 AVISO數(shù)據(jù)共享服務(wù)應(yīng)用技術(shù)框架

從傳統(tǒng)的地質(zhì)、大洋環(huán)流應(yīng)用到固體地球和沿岸、海洋變化、冰地形和水文等應(yīng)用，AVISO已為全球1 000多個實(shí)踐團(tuán)隊提供了高品質(zhì)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。按照學(xué)科領(lǐng)域劃分，數(shù)據(jù)支撐地球物理、海洋、冰川、氣候、大氣、水文、海岸和生物等領(lǐng)域研究。以海洋應(yīng)用為例，數(shù)據(jù)產(chǎn)品可以服務(wù)于多尺度的海洋環(huán)流、潮汐、海平面上升、溫室氣體效應(yīng)、應(yīng)用海洋學(xué)等專題研究。

2 我國海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀與存在的問題

2.1 政策與共享機(jī)制

2001年，我國啟動“科學(xué)數(shù)據(jù)共享工程”，首批在地球系統(tǒng)科學(xué)、海洋、氣象等9個領(lǐng)域開展數(shù)據(jù)共享試點(diǎn)。近年來，我國印發(fā)了《國家科技資源共享服務(wù)平臺管理辦法》（國科 發(fā)基〔2018〕48號）、《科學(xué)數(shù)據(jù)管理辦法》（國辦發(fā)〔2018〕17號）、《科技計劃項目科學(xué)數(shù)據(jù)匯交工作方案（試行）》（國科辦基〔2019〕104號）等一系列政策文件，逐步完善和規(guī)范科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)體制機(jī)制，明確管理職責(zé)及運(yùn)行服務(wù)要求，推動科學(xué)數(shù)據(jù)資源開放共享。2019年，科學(xué)技術(shù)部、財政部在原有科學(xué)數(shù)據(jù)國家平臺的基礎(chǔ)上調(diào)整形成20個國家科學(xué)數(shù)據(jù)中心，并將其作為國家科技創(chuàng)新基地的重要組成部分。

我國初步形成以政府科技部門為主導(dǎo)、主管科技部門分制、責(zé)任部門承擔(dān)、科學(xué)數(shù)據(jù)中心實(shí)施的總體管理架構(gòu)，但從國家體制機(jī)制到各級地方科技計劃管理部門和各行業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)政策機(jī)制的制定與建立健全仍需一定的時間。相比于海洋科技強(qiáng)國早在20世紀(jì)90年代就著力構(gòu)建數(shù)據(jù)開放共享的體制機(jī)制而言[13]，我國數(shù)據(jù)開放共享起步較晚，尚未建立與數(shù)據(jù)共享相關(guān)的法律法規(guī)，海洋領(lǐng)域缺少專門的組織機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)、監(jiān)督海洋數(shù)據(jù)資源的開放共享?？紤]到海洋數(shù)據(jù)敏感性問題，如何在保障數(shù)據(jù)安全的前提下，形成針對海洋數(shù)據(jù)開放共享的可操作文件仍是一項重要議題。

2.2 開放共享平臺

國家海洋信息中心建設(shè)運(yùn)行的國家海洋科學(xué)數(shù)據(jù)中心搭建了國家海洋科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺，提供多元化海洋數(shù)據(jù)的開放共享服務(wù)；另外，建設(shè)運(yùn)行了全球海洋和海洋氣候資料中心中國中心（CMOC/China）、西太平洋海洋數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)（ODINWestPac）、中國大洋資料中心，面向全球和海上絲綢之路沿線國家免費(fèi)提供海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的共享服務(wù)和專題服務(wù)。中國極地研究中心建設(shè)運(yùn)行的國家極地科學(xué)數(shù)據(jù)中心面向極地科學(xué)領(lǐng)域，開展各類海洋數(shù)據(jù)的匯集管理與按需共享。此外，中國科學(xué)院建設(shè)運(yùn)行的國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心、中國科學(xué)院數(shù)據(jù)云、海洋科學(xué)大數(shù)據(jù)中心、南海海洋數(shù)據(jù)中心等，面向不同海域的觀測要素，不定期更新、共享海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)。沿海省市涉?？萍疾块T也匯集了一些觀測資料，不定期公開發(fā)布[14]。

我國海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)開放共享平臺眾多、數(shù)據(jù)散亂分布、數(shù)據(jù)形式多樣，沒有形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)跨平臺共享存在壁壘，共享形式單一。相較于歐洲海洋觀測與數(shù)據(jù)網(wǎng)（EMODNET）、美國NCEI、英國海洋數(shù)據(jù)中心（BODC）、澳大利亞海洋數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（AODN）等海洋數(shù)據(jù)平臺，我國海洋數(shù)據(jù)的共享服務(wù)總體上沒有形成合力，在為國家重大工程建設(shè)、科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新等提供支撐方面，尚未完全釋放數(shù)據(jù)紅利。

2.3 自主化數(shù)據(jù)產(chǎn)品研制

在自主化海洋環(huán)境數(shù)據(jù)產(chǎn)品研制方面，中國科學(xué)院大氣物理研究所研發(fā)了海洋數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制系統(tǒng)，研制形成國內(nèi)首套長時間序列全球海洋環(huán)境變化系列數(shù)據(jù)產(chǎn)品，該數(shù)據(jù)產(chǎn)品在《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》《氣候狀態(tài)報告》等具有國際影響力的綜合報告中被使用，具有較好的數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量和國際影響力。國家海洋科學(xué)數(shù)據(jù)中心研制發(fā)布了潮汐潮流預(yù)報數(shù)據(jù)產(chǎn)品和溫鹽統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)集，近年來產(chǎn)品在時空覆蓋和數(shù)據(jù)產(chǎn)品檢驗方面均有較大提升，但數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍、國際影響力有待擴(kuò)大。

目前應(yīng)用較廣泛的海洋科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品均具有長時序、嚴(yán)質(zhì)控、持續(xù)更新且更新頻率高等特點(diǎn)，我國過去形成的科技計劃項目成果多存在于科學(xué)家手中，數(shù)據(jù)散落在各涉海單位、企業(yè)和高校，導(dǎo)致海洋數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享應(yīng)用不足、發(fā)布分散，難以更新迭代，沒有形成產(chǎn)品譜系。各類環(huán)境要素來源廣泛，質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，關(guān)鍵技術(shù)在業(yè)務(wù)化工作中尚未得到充分應(yīng)用，質(zhì)量控制多處于格式檢驗、一致性檢驗、異常值剔除等基本步驟且缺乏與國際同類產(chǎn)品質(zhì)量控制過程的對比。自主化數(shù)據(jù)產(chǎn)品較少，難以支撐原創(chuàng)性成果應(yīng)用發(fā)表，影響重大科技創(chuàng)新成果產(chǎn)出。

3 我國海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品發(fā)展建議

通過分析國外典型海洋環(huán)境數(shù)據(jù)在體制機(jī)制、質(zhì)量控制與更新服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施能力建設(shè)、新技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品研發(fā)和開放共享等方面的成功模式和經(jīng)驗，結(jié)合我國目前阻礙海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品“走出去”“用起來”在統(tǒng)籌協(xié)調(diào)布局、統(tǒng)一應(yīng)用服務(wù)出口、自主化關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)等方面存在的問題，提出以下發(fā)展建議。

3.1 加強(qiáng)監(jiān)督管理，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)布局，共同推進(jìn)數(shù)據(jù)的權(quán)威發(fā)布共享

面向國內(nèi)，建立健全海洋科學(xué)數(shù)據(jù)開放共享相關(guān)政策體系，明確不同等級數(shù)據(jù)的開放共享邊界，同時吸納美國等國家在跨部門協(xié)調(diào)中建立高層協(xié)調(diào)機(jī)制[15]等相關(guān)經(jīng)驗，建立統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，加強(qiáng)政策落實(shí)的監(jiān)督管理力度，協(xié)調(diào)推進(jìn)海洋科學(xué)數(shù)據(jù)共享體系發(fā)展，為數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用提供政策環(huán)境。面向國際，以牽頭組織國際合作項目為契機(jī)，多方聯(lián)合海洋科技強(qiáng)國，建立項目工作組，規(guī)范工作組管理，建立年會、報告機(jī)制，推動制定國際標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，逐步增強(qiáng)我國海洋數(shù)據(jù)共享的國際話語權(quán)。

3.2 全面匯集數(shù)據(jù)資源，加強(qiáng)海洋資源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，形成數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)合力

建立國家級海洋資源共享應(yīng)用平臺，面向國家戰(zhàn)略、科學(xué)研究、社會公眾等不同應(yīng)用需求，全面匯集各涉海部門、企業(yè)、個人的海洋數(shù)據(jù)資源，充分利用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)，提供一站式搜索、數(shù)據(jù)溯源、數(shù)據(jù)下載上傳、處理分析、數(shù)據(jù)認(rèn)證等功能，借助跨平臺共享和可視化技術(shù)，簡化數(shù)據(jù)申請流程、提高數(shù)據(jù)獲取傳輸安全性，提供多元化應(yīng)用服務(wù)。

3.3 創(chuàng)新合作模式，建立自主化數(shù)據(jù)研制關(guān)鍵核心技術(shù)體系，持續(xù)推動海洋科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品業(yè)務(wù)化更新

采用“研究機(jī)構(gòu)/科學(xué)家團(tuán)隊+數(shù)據(jù)中心/涉海單位”的“技術(shù)攻關(guān)+業(yè)務(wù)化應(yīng)用”模式，研究機(jī)構(gòu)/科學(xué)家團(tuán)隊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量控制和關(guān)鍵產(chǎn)品研制的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，數(shù)據(jù)中心/涉海單位負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)化處理、保存和分發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，合力構(gòu)建自主化產(chǎn)品研制關(guān)鍵核心技術(shù)體系，加大針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化更新迭代的運(yùn)行維護(hù)資金投入，加強(qiáng)宣傳推廣和驗證對比應(yīng)用，打造國際品牌產(chǎn)品體系。

4 結(jié)束語

海洋科學(xué)數(shù)據(jù)資源作為重要的戰(zhàn)略儲備力量，數(shù)據(jù)內(nèi)容、質(zhì)量及所覆蓋的時空范圍是決定數(shù)據(jù)應(yīng)用縱深發(fā)展的關(guān)鍵因素，而海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)獲取的第一手資料，在整個科學(xué)數(shù)據(jù)生命周期中具有重要作用。本文深入分析了國外典型成熟的海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品，通過研究其數(shù)據(jù)內(nèi)容、更新情況、質(zhì)量控制、管理應(yīng)用和開放共享等現(xiàn)狀，挖掘分析其特點(diǎn)、模式和經(jīng)驗，對比分析我國研究現(xiàn)狀及存在的問題，并針對問題從數(shù)據(jù)共享機(jī)制、平臺搭建、數(shù)據(jù)研制等方面提出提升我國海洋科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用服務(wù)能力的建議。

隨著各國越來越重視海洋科學(xué)數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)要素在支撐國家海洋安全、權(quán)益維護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮的重要作用，數(shù)據(jù)存儲管理、挖掘分析與開放共享服務(wù)將向著國際化、自主化、精準(zhǔn)化方向發(fā)展，瞄準(zhǔn)全球海洋科技發(fā)展前沿，打造一流的海洋科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品譜系。