地理信息系統(tǒng)及其在全球變化研究中的應(yīng)用

前言

全球變化科學(xué)是從20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一個(gè)新興的科學(xué)領(lǐng)域。其研究對(duì)象是氣候系統(tǒng)（包括巖石圈、大氣圈、水圈、冰凍圈和生物圈）、各子系統(tǒng)內(nèi)部以及各子系統(tǒng)之間的相互作用。它的科學(xué)目標(biāo)是描述和理解人類賴以生存的氣候系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)制、變化規(guī)律以及人類活動(dòng)在其中所起的作用與影響，從而提高對(duì)未來環(huán)境變化及其對(duì)人類社會(huì)發(fā)展影響的預(yù)測(cè)和評(píng)估能力。近20年來，全球變化的研究方向經(jīng)歷了重大調(diào)整。首先是從認(rèn)識(shí)氣候系統(tǒng)基本規(guī)律的純基礎(chǔ)研究為主，發(fā)展到與人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的一系列生存環(huán)境實(shí)際問題的研究；其次是從研究人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境變化的影響，擴(kuò)展到研究人類如何適應(yīng)和減緩全球環(huán)境的變化。全球變化的研究已經(jīng)取得r重大的進(jìn)展。氣候變化是全球變化研究的核心問題和重要內(nèi)容。科學(xué)研究表明，近百年來，地球氣候正經(jīng)歷一次以全球變暖為主要特征的顯著變化。近50年的氣候變暖主要是人類使用礦物燃料排放的大量二氧化碳等溫室氣體的增溫效應(yīng)造成的。現(xiàn)有的預(yù)測(cè)表明，未來50～100年全球的氣候?qū)⒗^續(xù)向變暖的方向發(fā)展。這一增溫對(duì)全球自然生態(tài)系統(tǒng)和各國社會(huì)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)產(chǎn)生并將繼續(xù)產(chǎn)生重大而深刻的影響，使人類的生存和發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。

內(nèi)容概要

為了宣傳和普及氣候和氣候變化方面的科學(xué)知識(shí)，提高公眾在全球變化問題上的科學(xué)認(rèn)識(shí)，我們組織編撰出版這套《全球變化熱門話題》叢書。本套叢書一共18冊(cè)，由國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的知名專家撰稿，內(nèi)容包括以下三方面：一是以大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，揭示全球變化的苦干事實(shí)及其在各個(gè)分系統(tǒng)中的表現(xiàn)形式；二是以太陽輻射、大氣化學(xué)、大氣物理、環(huán)境和生態(tài)演變等多學(xué)科交叉理論為基礎(chǔ)，深入淺出地闡述氣候變化的成因；三是以可持續(xù)發(fā)展理論為指導(dǎo)，提出人類適應(yīng)和減緩全球變化的各種對(duì)策、途徑和方法。該叢書的出版，旨在使人們對(duì)全球變化有清醒而全面的科學(xué)認(rèn)識(shí)，從而更加關(guān)注全球變化，并且在更高的層次上、更廣泛的范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)我國在全球變化中的地位和作用，自覺參與人類社會(huì)的共同決策，保護(hù)人類賴以生存的地球環(huán)境。

書籍目錄

第一章 什么是地理信息系統(tǒng)  一圖勝千言  GIS的組成    硬件設(shè)備    軟件系統(tǒng)    數(shù)據(jù)    人員    方法  GIS溯源    GIS的萌芽    GIS的發(fā)展    走向成熟的GIS  GIS、數(shù)字地球與數(shù)字化生活    數(shù)字時(shí)代    數(shù)字地球    GIS能帶來什么?第二章 GIS的基本運(yùn)轉(zhuǎn)模式  數(shù)據(jù)采集    數(shù)字化    數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換    坐標(biāo)與投影轉(zhuǎn)換  信息處理    定性、定量、定位    站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間化    地理編碼  空間分析    配準(zhǔn)：統(tǒng)一的地理坐標(biāo)系統(tǒng)    基本圖形運(yùn)算    多要素疊加分析    緩沖區(qū)分析    地理統(tǒng)計(jì)    網(wǎng)絡(luò)分析    從空間分析到空間決策  信息表達(dá)    統(tǒng)計(jì)圖形    專題制圖    三維可視化    虛擬地理環(huán)境第三章 GIS與地理信息加工  地理信息增值服務(wù)  地理信息空間化  數(shù)字時(shí)代的司馬遷第四章 GIS在全球變化領(lǐng)域中的應(yīng)用  它山之石，可以攻玉  GIS在全球變化中的應(yīng)用第五章 GIS的應(yīng)用前景  虛擬氣候系統(tǒng)  互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的GIS  飛入尋常百姓家

章節(jié)摘錄

插圖：站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間化氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)是進(jìn)行氣象研究的第一手寶貴資料，特別是多年來逐日甚至是以小時(shí)為間隔的觀測(cè)，是對(duì)氣候現(xiàn)象的連續(xù)跟蹤，是氣候變化最直接的證據(jù)。氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間跨度大、覆蓋范圍廣，數(shù)據(jù)量往往很大，而且相互之間相關(guān)性強(qiáng)。要對(duì)其進(jìn)行綜合分析，一般的統(tǒng)計(jì)分析軟件都難以勝任，造成這些數(shù)據(jù)不能充分利用；各種氣象指標(biāo)（如溫度、降水）都與地理位置、海拔高度密切相關(guān)，具有明顯的空間分布特性。氣象觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)若能與空間分析技術(shù)相結(jié)合，使站點(diǎn)數(shù)據(jù)脫胎換骨，在氣象氣候研究中將發(fā)揮更大的作用。GIS集數(shù)據(jù)庫管理、空間數(shù)據(jù)操作與分析、計(jì)算機(jī)制圖功能于一體，可以進(jìn)行如空間插值、數(shù)字圖像處理、多變量綜合分類等較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析操作。對(duì)多時(shí)相多站點(diǎn)的氣象觀測(cè)資料進(jìn)行時(shí)間序列分析和氣候區(qū)域劃分，GIs都具有一般統(tǒng)計(jì)分析軟件無法比擬的優(yōu)勢(shì)。氣象要素（如氣溫）在空間上是連續(xù)分布的。然而氣象觀測(cè)站的數(shù)目有限，為了從有限的點(diǎn)源數(shù)據(jù)推測(cè)覆蓋全球的氣象要素分布場(chǎng)，必須進(jìn)行空間插值處理：利用在這些站點(diǎn)的觀測(cè)資料，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格網(wǎng)化插值，格網(wǎng)化是指采用一定的格網(wǎng)化方法（即數(shù)學(xué)模型）對(duì)不規(guī)則分布的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值，生成在原始數(shù)據(jù)分布范圍內(nèi)規(guī)則間距的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布。通過空間插值得到的柵格數(shù)據(jù)，在一定精度上，可以客觀地反映氣象指標(biāo)（如氣溫、降水）在相應(yīng)月份的空間分布。比初始觀測(cè)數(shù)據(jù)更直觀、更全面。

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