康建芳 張耀南 王家耀 賈澤祥 韓立欽 劉 春 敏玉芳 李紅星 吳亞敏 張彩荷

（1.中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅蘭州 730000；2.國家冰川凍土沙漠科學數(shù)據(jù)中心，甘肅蘭州 730000；3.河南省時空大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)技術研究院，河南鄭州 450000；4.黃河上中游管理局，陜西西安 710000；5.河南師范大學，河南新鄉(xiāng) 453007）

0 引言

黃河發(fā)源青藏高原巴顏喀拉山，流經(jīng)青藏高原、黃土高原和黃淮海平原，是世界第五大長河我國第二長河，是中華民族的母親河中華文明的主要發(fā)祥地，全長 5 464 公里，流域面積75 萬多平方公里，流經(jīng)9 個省區(qū)[1]（圖1）。習近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展座談會上強調，黃河流域作為我國重要的生態(tài)屏障，是全國重要的經(jīng)濟地帶和打贏脫貧攻堅戰(zhàn)的重要區(qū)域，在我國經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)安全方面具有舉足輕重的地位[2-3]。同長江經(jīng)濟帶發(fā)展、京津冀協(xié)同發(fā)展、長三角一體化發(fā)展、粵港澳大灣區(qū)建設一樣，黃河流域的生態(tài)保護和高質量發(fā)展也是重大國家戰(zhàn)略。

圖1 黃河流域高分衛(wèi)星正射影像圖

在黃河流域生態(tài)保護與高質量發(fā)展中，黃河上游和源區(qū)主要是提升水源涵養(yǎng)功能、增強水汽循環(huán)、恢復生態(tài)、提升水資源利用效率和高質量發(fā)展，中游主要是做好生態(tài)保護修復、水土流失治理、水沙調控、污染防治、水資源利用效率提升和高質量發(fā)展，下游主要是保障河道安全、洪水防范、河口濕地保護恢復、近海海水入侵、富營養(yǎng)化和有毒物質治理。按照習近平總書記“共同抓好大保護、協(xié)同推進大治理，為全面加強黃河流域生態(tài)保護，堅持山水林田湖草生態(tài)空間一體化保護和環(huán)境污染協(xié)同治理”的指示，急需構建能夠支持黃河流域生態(tài)保護、長治久安、水資源利用、高質量發(fā)展和文化保護傳承弘揚的基礎科學數(shù)據(jù)與信息化環(huán)境，形成支持幸福黃河建設的智能化決策平臺，來支持黃河大保護、大治理和高質量發(fā)展研究。為黃河大保護、大治理和高質量發(fā)展提供“空—天—地—河”一體化的感知手段、科學數(shù)據(jù)支撐，為黃河流域的保護治理、安全保障、高質量發(fā)展與水旱災預測預警與決策支持提供堅實的數(shù)據(jù)基礎。從實施的角度來看，黃河流域生態(tài)保護、高質量發(fā)展、水旱災害的研究、治理和規(guī)劃等，都離不開完善的體系化的全流域基礎科學數(shù)據(jù)和相關研究模型的支持。特別是黃河源區(qū)水汽循環(huán)、水源涵養(yǎng)功能提升、源區(qū)產(chǎn)水與蓄水能力的預估、上游生態(tài)環(huán)境變化預測預警、中游水污染監(jiān)測與干支河流健康評估預警以及水土流失、滑坡泥石流、洪水潰壩、堤岸崩塌等自然災害的預測預警與決策支持、下游濕地與河口生態(tài)功能預測預警等，都需要覆蓋全流域的基礎、完整、完善的體系化科學數(shù)據(jù)和各類研究模型的支持。因此，本文將針對黃河流域基礎科學數(shù)據(jù)體系建設和應用支持服務，圍繞黃河流域20 大類174 子類數(shù)據(jù)資源，建設數(shù)據(jù)資源和應用研究模型，構建黃河流域時空數(shù)據(jù)平臺，提供黃河流域科學數(shù)據(jù)開放共享服務，產(chǎn)生的共享服務成效顯著。

1 數(shù)據(jù)資源分類與建設

1.1 數(shù)據(jù)資源分類

目前，黃河流域基礎科學數(shù)據(jù)零星散落，在科學數(shù)據(jù)實時觀測獲取、科學數(shù)據(jù)產(chǎn)品研發(fā)、科學數(shù)據(jù)體系化系統(tǒng)集成、基于科學數(shù)據(jù)的應急響應、決策支撐和服務支持方面，受到缺失、不足與壁壘等制約；流域內(nèi)涉及的科學研究模型仍存在分散、適應性驗證不夠、綜合集成支持能力低等不足；針對性應用需要的專題數(shù)據(jù)制備關鍵方法技術缺失，不具備實時現(xiàn)場專題數(shù)據(jù)生產(chǎn)能力，在線流域中數(shù)據(jù)驅動、人工智能融合模型進行環(huán)境現(xiàn)勢性數(shù)據(jù)制備與狀態(tài)評估、發(fā)展預測預警的可用性模型綜合支持能力不足。為此，國家冰川凍土沙漠科學數(shù)據(jù)中心開展了黃河流域科學分類建設、體系化科學數(shù)據(jù)收集加工和專題數(shù)據(jù)制備，完成了黃河流域自然科學數(shù)據(jù)、人文經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)，集成驗證了解黃河流域各類研究模型，并針對有效支持水土流失與治理、水污染與水沙調控、支流可持續(xù)承載力評估、河道安全與洪水災害、岸線生態(tài)保障修復、河口濕地保護、文化保護傳承弘揚、新舊動能轉換以及經(jīng)濟社會高質量發(fā)展等研究和決策需要，將黃河流域基礎科學數(shù)據(jù)劃分為20 大類174 個小類。20 個大類主要包括：黃河流域基礎地理數(shù)據(jù)、黃河流域氣候數(shù)據(jù)、黃河流域水文水資源數(shù)據(jù)、黃河流域冰川凍土積雪數(shù)據(jù)、黃河流域濕地數(shù)據(jù)、黃河流域草地數(shù)據(jù)、黃河流域水土保持治理數(shù)據(jù)、黃河流域沙地數(shù)據(jù)、黃河流域生態(tài)環(huán)境保護數(shù)據(jù)、黃河流域自然資源數(shù)據(jù)、黃河流域水利水電工程數(shù)據(jù)、黃河流域社會發(fā)展數(shù)據(jù)、黃河流域經(jīng)濟數(shù)據(jù)、黃河流域文化旅游數(shù)據(jù)、黃河流域農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、黃河流域畜牧業(yè)數(shù)據(jù)、黃河流域工業(yè)數(shù)據(jù)、黃河流域城鎮(zhèn)發(fā)展數(shù)據(jù)、黃河流域承載力數(shù)據(jù)、據(jù)黃河流域自然災害數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)體系結構見圖2。

圖2 黃河流域生態(tài)保護與高質量發(fā)展數(shù)據(jù)體系結構

1.2 數(shù)據(jù)資源建設

國家冰川凍土沙漠科學數(shù)據(jù)中心（以下簡稱“中心”），聯(lián)合河南大學、河南省時空大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)研究院、黃河上中游管理局、河南師范大學、甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院、甘肅省祁連山研究中心，針對黃河流域劃分的20 大類基礎數(shù)據(jù)資源體系，基于歷年統(tǒng)計年報資料、歷史文獻文檔資料、政府公開數(shù)據(jù)、“空—天—地”觀測數(shù)據(jù)、調查考察數(shù)據(jù)、試驗示范數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬數(shù)據(jù)、交換交流數(shù)據(jù)等，建立數(shù)據(jù)整理流程、質量控制流程，利用“空—天—地—河”數(shù)據(jù)融合的方法對這些數(shù)據(jù)資源進行挖掘、分析、處理、加工、質控，形成時空基準一致、規(guī)范化的數(shù)據(jù)資源。

考慮到數(shù)據(jù)來源不同、結構不同、格式不同，本文分析其關聯(lián)性，對其進行分類處理。并參照數(shù)據(jù)分類，根據(jù)合作單位提交的數(shù)據(jù)實體，制定數(shù)據(jù)標準體系規(guī)范，對數(shù)據(jù)實體、元數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)分類規(guī)范等內(nèi)容的建設進行約束。

1.2.1 數(shù)據(jù)分類整編

從多尺度、多方位對包括野外觀測數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、遙感對地觀測數(shù)據(jù)、視頻圖片、文獻數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和測試分析數(shù)據(jù)等進行如下整編。

（1）黃河流域基礎地理數(shù)據(jù)。包括流域基礎地理，水土保持基礎邊界、地質圖、地表覆蓋等數(shù)據(jù)。

（2）黃河流域基礎衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。包括流域高分正射影像、Landsat8、MODIS、哨兵1 號等數(shù)據(jù)。

（3）黃河流域地形因子和水文分析數(shù)據(jù)。包括流域地形起伏度、地表切割深度、坡向、平面曲率、坡向變率、坡度、流量、水流長度、河流網(wǎng)絡、流向等數(shù)據(jù)。

（4）黃河流域氣候氣象數(shù)據(jù)。包括流域月度降水量、平均降水量、月度氣溫、氣溫平均空間分布、濕潤指數(shù)、氣象災害、風沙天數(shù)統(tǒng)計等數(shù)據(jù)。

（5）黃河流域水系及水文水資源數(shù)據(jù)。包括黃河流域三級河流水系、河流濕地、湖泊濕地、沼澤濕地、水庫池塘濕地、養(yǎng)殖池塘濕地、人工水渠濕地、近海與海岸濕地、鹽田濕地、冰雪濕地、上游河段匯入支流數(shù)據(jù)、中游河段匯入支流數(shù)據(jù)、下游河段匯入支流數(shù)據(jù)、水資源流域分區(qū)、市域降水量、水資源量統(tǒng)計等數(shù)據(jù)。

（6）黃河流域水利水電工程數(shù)據(jù)。包括流域水電站、水利樞紐、水庫等數(shù)據(jù)。

（7）黃河流域水土流失與水沙變化數(shù)據(jù)。包括流域水土流失、極強度水蝕分布、沙漠化、石漠化、水土流失、鹽漬化、泥沙觀測、水沙變化、淤地壩、降雨侵蝕因子、土壤侵蝕因子、平均植被凈初級生產(chǎn)力等數(shù)據(jù)。

（8）黃河流域生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)。包括流域河湖、水面、濕地分布、自然保護區(qū)分布、植物多樣性、動物多樣性、生態(tài)脆弱區(qū)、水源涵養(yǎng)保護區(qū)、生態(tài)環(huán)境受災情況、黑臭水體分布及綜合整治規(guī)劃、主要河道水環(huán)境容量測算、飲用水水源地保護規(guī)劃、各縣區(qū)生態(tài)紅線、土壤污染狀況、重要污染源環(huán)境統(tǒng)計、縣區(qū)垃圾處理、沙漠分布、冰川分布、冰湖分布、阿尼瑪卿山冰川監(jiān)測等數(shù)據(jù)。

（9）黃河流域土地及礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)。包括流域多年土地利用類型分布、土壤、土種志、耕地分布、林地分布、牧草地分布、森林分布、灌叢分布、草地分布、濕地分布、生態(tài)公益林、礦產(chǎn)資源儲量、有色金屬資源分布、煤田分布、稀土資源分布、石油天然氣資源分布、礦產(chǎn)資源生產(chǎn)基地分布等數(shù)據(jù)。

（10）黃河流域自然災害數(shù)據(jù)。包括流域近幾年洪水災害、旱災、地質災害、抗震薄弱區(qū)、冰凌洪水、地震、地質環(huán)境等數(shù)據(jù)。

（11）黃河流域社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。包括流域人口、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鄉(xiāng)和旅游等數(shù)據(jù)。

（12）黃河流域城市規(guī)劃數(shù)據(jù)。包括流域經(jīng)濟開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃、近期建設規(guī)劃、城市控制性詳細規(guī)劃、新農(nóng)村建設規(guī)劃、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌規(guī)劃、鄉(xiāng)村振興規(guī)劃、美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃等數(shù)據(jù)。

（13）黃河流域文化旅游數(shù)據(jù)。包括流域物質文化遺產(chǎn)、非物質文化遺產(chǎn)、古都文化、紅色文化、文化保護、各級風景名勝區(qū)分布等數(shù)據(jù)。

（14）祁連山專題數(shù)據(jù)。包括祁連山排露溝流域生態(tài)監(jiān)測、祁連山老虎溝冰川監(jiān)測、七一冰川監(jiān)測、八一冰川監(jiān)測、天老池流域監(jiān)測、大野口流域監(jiān)測、祁連山植被分布、祁連山土壤有機碳密度、祁連山平均干燥度指數(shù)、歸一化植被指數(shù)等數(shù)據(jù)。

（15）黃河流域中上游水土保持數(shù)據(jù)。主要包括西峰、天水、綏德等3 個觀測站和檢測中心的徑流泥沙、降雨、徑流場、標準小區(qū)長期觀測數(shù)據(jù)及植被和下墊面的調查報告數(shù)據(jù)。黃河流域重點地區(qū)的土地利用、植被覆蓋和土壤侵蝕等數(shù)據(jù)資源。

（16）黃河流域支流數(shù)據(jù)。目前中心制備了渭河流域基礎地理、遙感專題、土壤、自然狀況統(tǒng)計、水環(huán)境情況統(tǒng)計、大氣環(huán)境統(tǒng)計、固體廢物統(tǒng)計、自然生態(tài)統(tǒng)計、土地利用情況統(tǒng)計、林業(yè)資源狀況統(tǒng)計、自然災害及突發(fā)事件統(tǒng)計、環(huán)境與投資狀況統(tǒng)計、城市環(huán)境狀況統(tǒng)計、農(nóng)村環(huán)境狀況統(tǒng)計、氣象站點監(jiān)測（日）、空氣質量監(jiān)測（日）等數(shù)據(jù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)實體建設

合作單位提交的數(shù)據(jù)實體形成了黃河流域基礎科學數(shù)據(jù)實體。其數(shù)據(jù)類型主要包括矢量數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)等類型。根據(jù)某種數(shù)據(jù)類型的特有組織方式形成統(tǒng)一格式進行建設和共享，提供共享使用數(shù)據(jù)集。

（1）矢量數(shù)據(jù)：以坐標或坐標串表示的空間點、線、面等圖形數(shù)據(jù)及與其相聯(lián)系的有關屬性數(shù)據(jù)的總稱[4]。在矢量數(shù)據(jù)結構中，不同類型數(shù)據(jù)的描述方法不同，點數(shù)據(jù)以坐標值描述，線數(shù)據(jù)以均勻或不均勻間隔的順序坐標鏈來描述，面狀數(shù)據(jù)以邊界線來描述[5]。矢量數(shù)據(jù)主要包括如SHP、MIF和等EOO在內(nèi)的全球通用GIS軟件的交換格式。黃河流域邊界、黃河流域各區(qū)縣等就屬于此類數(shù)據(jù)。

（2）屬性數(shù)據(jù)：一般指通過對某個數(shù)據(jù)項的數(shù)值或文字的描述而形成的一系列的事務記錄。屬性數(shù)據(jù)的格式一般包括ACCESS、Excel和ORACIE等在內(nèi)的通用關系數(shù)據(jù)庫格式。黃河流域數(shù)據(jù)集中人文經(jīng)濟統(tǒng)計類數(shù)據(jù)就是此類數(shù)據(jù)。

（3）柵格數(shù)據(jù)：由正方形或者矩形柵格點組成，每個柵格點或者像素的位置由柵格所在的行列號來定義，所對應的數(shù)值為柵格所要表達的內(nèi)容的屬性值[6]。柵格數(shù)據(jù)的格式主要包括通用的圖像、影像數(shù)據(jù)格式，如TIF、JPEG、MPEG和BIL等。黃河流域各地形因子數(shù)據(jù)就是此類數(shù)據(jù)。

（4）文本數(shù)據(jù)：用文本形式記錄的黃河流域基礎科學數(shù)據(jù)，大多采用的格式有Word格式、HTML格式和純文本格式等。黃河流域城鄉(xiāng)規(guī)劃相關數(shù)據(jù)就是Word版的文本數(shù)據(jù)。

1.2.3 元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)標識

元數(shù)據(jù)又被稱為“數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”，是關于數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質量、狀況和其他特性的信息[7]，用來描述數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質量狀況、時空范圍、管理方式、所有者、共享引用方式等有關信息。黃河流域科學數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)定義了所有數(shù)據(jù)集的共性信息，提供數(shù)據(jù)集的名稱、標識、內(nèi)容摘要、基本信息（包括采集時間、采集地點、數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)格式、坐標系等）、數(shù)據(jù)集縮略圖、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)加工方法、數(shù)據(jù)質量控制方法、項目支持信息和引用方式等信息，支持數(shù)據(jù)共享、編目、元數(shù)據(jù)交換與檢索以及數(shù)據(jù)導航服務等。

通過元數(shù)據(jù)為黃河流域數(shù)據(jù)資源管理、數(shù)據(jù)理解、訪問和共享模式提供支持，并通過元數(shù)據(jù)技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯交、審核發(fā)布、共享、管理等功能。結合中文標識CSTR和英文標識DOI，支持用戶能快速準確找到數(shù)據(jù)并獲取，通過元數(shù)據(jù)與CSTR標識符保證各參與單位自身的權益。數(shù)據(jù)的可獲取性是所有數(shù)據(jù)都可以通過網(wǎng)絡來獲取，并通過不同的用戶賬號來控制用戶對數(shù)據(jù)的訪問。為了更好地讓用戶了解已經(jīng)形成的數(shù)據(jù)集，中心利用數(shù)據(jù)出版方式介紹所形成的數(shù)據(jù)集行。數(shù)據(jù)提供者的權益保護主要是通過數(shù)據(jù)的出版和引用體現(xiàn)[8],規(guī)定了數(shù)據(jù)集引用格式，要求所有數(shù)據(jù)使用用戶，要在正式發(fā)表的成果中進行數(shù)據(jù)引用或致謝。

2 服務方式

黃河流域生態(tài)保護與高質量發(fā)展體系化科學數(shù)據(jù)通過國家冰川凍土沙漠科學數(shù)據(jù)中心進行開放共享。在數(shù)據(jù)中心建立了黃河流域數(shù)據(jù)服務平臺，以專題數(shù)據(jù)集提供服務。目前已經(jīng)形成了黃河流域高質量發(fā)展數(shù)據(jù)專題、水土保持數(shù)據(jù)專題、祁連山生態(tài)環(huán)境要素專題、渭河流域專題等開展服務，并為水土保持建立了水土保持專題服務云平臺。

2.1 黃河流域高質量發(fā)展數(shù)據(jù)專題

中心聯(lián)合河南大學、河南省時空大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)研究院、河南師范大學收集整編，包括黃河流域基礎地理，多源遙感影像，冰川、凍土、積雪、湖泊、沙漠、濕地、森林、草地、農(nóng)田等專題數(shù)據(jù)，黃河流域氣候氣象，黃河流域河流水資源數(shù)據(jù)，黃河流域洪水、旱災、泥石流、滑坡等自然災害數(shù)據(jù)，黃河流域經(jīng)濟社會、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、旅游文化數(shù)據(jù)資源等數(shù)據(jù)。近期還發(fā)布了黃河流域最大分支渭河流域體系化數(shù)據(jù)資源，包括渭河流域基礎地理、遙感專題、土壤、自然狀況統(tǒng)計、水環(huán)境情況統(tǒng)計、大氣環(huán)境統(tǒng)計、固體廢物統(tǒng)計、自然生態(tài)統(tǒng)計、土地利用情況統(tǒng)計、林業(yè)資源狀況統(tǒng)計、自然災害及突發(fā)事件統(tǒng)計、環(huán)境與投資狀況統(tǒng)計、城市環(huán)境狀況統(tǒng)計、農(nóng)村環(huán)境狀況統(tǒng)計、氣象站點監(jiān)測（日）、空氣質量監(jiān)測（日）等數(shù)據(jù)集。截至2021年12月，該專題數(shù)據(jù)已發(fā)布114 個數(shù)據(jù)集，文件數(shù)據(jù)量為17.2 TB，數(shù)據(jù)訪問量為78 880 人次。

2.2 黃河流域水土保持數(shù)據(jù)專題

中心聯(lián)合黃河水利委員會黃河上中游管理局、水利部黃土高原水土保持野外科學觀測研究站（天水站、西峰站、綏德站），系統(tǒng)梳理了3 個水土保持科學試驗站觀測數(shù)據(jù)，形成了長時間序列的水土保持科學數(shù)據(jù)資料，時間范圍為1942—2018年，共62年。 從工作之初的建立工作規(guī)范、系統(tǒng)人員培訓，到形成工作流程，直到完成數(shù)據(jù)整理，整個梳理工作歷時約3年。形成的高質量數(shù)據(jù)主要包括綏德、天水和西峰3 個空間跨度大的區(qū)域（總面積約為566.23 km2）共15個典型小流域的觀測數(shù)據(jù)?？臻g組成具體為：由綏德的王茂溝、韭園溝、橋溝、裴家峁、橋溝一支溝、橋溝二支溝和辛店溝等7 個小流域組成的黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)；由天水的呂二溝、羅玉溝、橋子東溝和橋子西溝等4 條小流域組成的黃土丘陵溝壑區(qū)第三副區(qū)；由西峰的楊家溝、南小河溝、硯瓦川和董莊溝等4 個小流域組成的黃土高塬溝壑區(qū)。從數(shù)據(jù)內(nèi)容方面來看，包含流域內(nèi)基礎地理信息、植被覆蓋情況、土地利用方式、水土保持措施類型、坡度、整地方式等，也包括徑流小區(qū)的降水量、泥沙量、徑流量、土壤含水率等氣象水文土壤綜合實地觀測數(shù)據(jù)[9]。截至2021年12月，該專題數(shù)據(jù)已發(fā)布386 個數(shù)據(jù)集，文件數(shù)據(jù)量為11.8 GB，數(shù)據(jù)訪問量為234 228 人次。具有區(qū)域代表性強、數(shù)據(jù)時空跨度大序列長、體系設置科學完整的資源優(yōu)勢。

2.3 祁連山生態(tài)環(huán)境指數(shù)專題

中心聯(lián)合甘肅省祁連山生態(tài)環(huán)境研究中心、甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院、青海省環(huán)境監(jiān)測廳等單位，利用遙感監(jiān)測、站點實測、采樣分析、模式模擬等手段，分析集成了祁連山地區(qū)基礎地理背景數(shù)據(jù)，氣候植被相關遙感數(shù)據(jù)，典型流域氣象、水文參數(shù)實測數(shù)據(jù)，不同海拔梯度林、灌、草樣地調查數(shù)據(jù)，祁連山及其周邊地區(qū)關鍵土壤屬性實驗分析數(shù)據(jù)，祁連山地區(qū)水—土—氣—生動態(tài)監(jiān)測和模擬長時間序列時空數(shù)據(jù)，建立了祁連山地區(qū)系列生態(tài)指數(shù)及環(huán)境要素專題數(shù)據(jù)，揭示了祁連山生態(tài)環(huán)境演變規(guī)律，探究了祁連山地區(qū)生態(tài)安全評估，支持祁連山生態(tài)保護與可持續(xù)發(fā)展。截至2021年12月，中心整編發(fā)布了40 個數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)量為80.4 GB，數(shù)據(jù)訪問量為44 539 人次。

2.4 水土保持專題服務云平臺

水土保持專題服務云平臺（http://www.ncdc.ac.cn/portal/soil-and-water-conservation）采用Python語言開發(fā)，通過黃河流域3 個典型區(qū)域水土保持數(shù)據(jù)庫、動態(tài)監(jiān)測管理體系的建設，形成典型水土流失觀測區(qū)GIS空間數(shù)據(jù)管理能力，根據(jù)流域規(guī)劃設計指標，可快速準確完成小流域水土保持規(guī)劃，有效提高了觀測區(qū)資源信息利用率，實現(xiàn)對黃河上游水土保持試驗區(qū)的觀測數(shù)據(jù)的綜合管理和空間分析展示（圖3）。水土保持專題服務云平臺包含黃河流域地級市、干流、湖泊、省會城市、直流、重點支流以及粗泥沙集中來源區(qū)界、粗沙區(qū)界、多沙粗沙區(qū)界、黃河流域地區(qū)界、黃河流域界、黃河流域省界、黃河跨流域縣界、黃河流域支流界、黃土高原地區(qū)界、水土流失類型區(qū)界、河龍區(qū)間多沙粗沙國家級重點治理區(qū)、黑河綠洲國家級重點預防區(qū)、湟水洮河中下游國家級重點治理區(qū)、涇河北洛河上游國家級重點治理區(qū)、六盤山國家級重點預防區(qū)、伊洛河三門峽庫區(qū)國家級重點治理區(qū)、子午嶺國家級重點預防區(qū)、祖厲河渭河上游國家級重點治理區(qū)、粗泥沙集中來源區(qū)界、粗泥沙區(qū)界、多沙粗沙區(qū)縣界、多沙粗沙區(qū)小流域界、多沙粗沙區(qū)支流界、中游多沙粗沙區(qū)界等信息。

圖3 水土保持專題服務云平臺

3 數(shù)據(jù)服務與成效

國家冰川凍土沙漠科學數(shù)據(jù)中心面向科技計劃項目、科研團體及個人提供冰川、積雪、凍土、沙漠及其作用區(qū)相關各類科學數(shù)據(jù)的匯交、發(fā)布、共享服務，通過規(guī)范化整理和評審機制提升科學數(shù)據(jù)質量，在保護數(shù)據(jù)生產(chǎn)者權益的基礎上促進、深化數(shù)據(jù)再利用，擴大數(shù)據(jù)影響力，提供數(shù)據(jù)長期維護、管理及存儲服務，確保數(shù)據(jù)安全及永久訪問。數(shù)據(jù)共享平臺的建設是構建黃河流域生態(tài)保護與高質量發(fā)展科學數(shù)據(jù)資源發(fā)布及共享服務的重要支撐條件。中心在已有數(shù)據(jù)共享平臺的基礎上，擴展數(shù)據(jù)管理、制備、可視化及分析服務功能?；诙x的時空基準、存儲格式規(guī)范標準，構建數(shù)據(jù)存儲和管理系統(tǒng)，集成關鍵環(huán)境因子在線制備注冊功能，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)的可視化展示等功能。中心設置了3 個專題數(shù)據(jù)和1 個專題數(shù)據(jù)云平臺，以幫助用戶快速查找、瀏覽和使用黃河流域基礎數(shù)據(jù)。黃河流域數(shù)據(jù)產(chǎn)品采用全方位的數(shù)據(jù)知識產(chǎn)權措施，設置數(shù)據(jù)保護期，確保數(shù)據(jù)作者的權益，遵循FAIR（可發(fā)現(xiàn)性、可公開獲取性、可互操作性、可重用性）原則，主要以數(shù)據(jù)提供者的要求為準，采用在線、離線服務的共享模式。

3.1 數(shù)據(jù)服務

（1）數(shù)據(jù)資源共享方式。為用戶提供了完全共享、在線下載和離線申請3 種數(shù)據(jù)共享方式，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)共享權限，為用戶提供服務。為數(shù)據(jù)集提供CSTR和DOI注冊服務，體現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值，這也在一定程度上體現(xiàn)了數(shù)據(jù)的質量和用戶的認同度。

（2）數(shù)據(jù)提交和審批服務。在數(shù)據(jù)整合過程中，以數(shù)據(jù)資源為主體，規(guī)范數(shù)據(jù)資源提交、發(fā)布、共享流程，使數(shù)據(jù)提交者自主管理數(shù)據(jù)，充分體現(xiàn)數(shù)據(jù)提交者的權益。數(shù)據(jù)提交者必須填寫完整的元數(shù)據(jù)信息，由中心組織專業(yè)人員對提交的元數(shù)據(jù)進行審核，審查通過后發(fā)布。為了促進研究人員個人的數(shù)據(jù)匯集，設計數(shù)據(jù)作者自主進行數(shù)據(jù)提交和對其提交數(shù)據(jù)共享服務的審批權，在保障數(shù)據(jù)作者權益的前提下，推進數(shù)據(jù)匯聚和共享應用。

（3）數(shù)據(jù)下載流程。通過構建元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)、用戶之間的對應關系，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速共享服務功能。用戶通過數(shù)據(jù)搜索、導航等途徑找到感興趣的數(shù)據(jù)并查看數(shù)據(jù)的詳細信息即元數(shù)據(jù)后，就可以決定是否要申請該數(shù)據(jù)。黃河流域科學數(shù)據(jù)采用離線申請和在線申請兩種服務方式。離線申請方式的數(shù)據(jù)申請需要經(jīng)過數(shù)據(jù)作者人工審核后才能對外提供服務，而在線申請方式的數(shù)據(jù)申請時，只需簡單填寫用途就可以轉入下載或者使用FTP下載，從而獲得數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務流程如圖4所示。

圖4 專題數(shù)據(jù)下載服務流程

3.2 數(shù)據(jù)服務的成效

黃河流域近600 個數(shù)據(jù)集143 個相關研究模型上線發(fā)布后，截至2021年12月，數(shù)據(jù)訪問量超過了40 萬人次，為高等院校、研究院所、企業(yè)、政府機構、個人以及國外開展黃河流域研究者提供了數(shù)據(jù)支持，并形成了基于數(shù)據(jù)驅動、模型支持融合人工智能的數(shù)據(jù)反演與生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)已廣泛用于黃河流域生態(tài)災害、地質災害、氣候災害的早期發(fā)現(xiàn)與識別分析中，為自然災害的預測預警奠定了基礎。同時，采用基于網(wǎng)絡、文獻、期刊中數(shù)據(jù)提取的人工智能挖掘原型技術，初步形成了基于“空—天—地—河”數(shù)據(jù)驅動的地質災害發(fā)現(xiàn)識別和分析原型技術，為黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展的數(shù)據(jù)賦能支持奠定了良好的基礎。

根據(jù)國際《濕地公約》等規(guī)范，結合黃河流域地理特征及濕地類型，中心開展了黃河濕地分析服務（圖5）。黃河流域冰川、積雪主要分布于三江源地區(qū)，進入21世紀以來，黃河流域阿尼瑪卿、祁連山等冰川退縮劇烈。黃河流域河流濕地主要分布于黃河上、中游地區(qū)的三級以上支流，青海、甘肅地區(qū)河網(wǎng)密度最大、下游地區(qū)支流較少。黃河流域湖泊濕地主要分布于黃河上、中游地區(qū)的三江源區(qū)，以冰雪凍融型湖泊為主，中游地區(qū)有零星分布。黃河流域水庫池塘濕地以人工建造為主，主要分布于黃河中游地區(qū)的黃河干流及其一級支流。黃河流域沼澤濕地主要分布于黃河上游地區(qū)，以高寒草甸、河湖沼澤為主，中游和下游地區(qū)主要沿黃河及其支流河道分布的林木和草地沼澤。黃河流域自然坑塘濕地主要分布于黃河上、中游地區(qū)，在高分影像上18 ㎡的融水坑塘也能清晰地表現(xiàn)出來。黃河流域水田濕地主要分布于黃河中、下游地區(qū)，以引用黃河水灌溉的水稻田為主，河套平原、黃河下游一帶都有分布。黃河流域人工水渠濕地以人造灌溉設施為主，主要分布于黃河中、下游地區(qū)，以引用黃河水灌溉、養(yǎng)殖業(yè)為主。

圖5 黃河流域河流、沼澤、湖泊等多種類型濕地空間分布

4 結論與展望

黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展數(shù)據(jù)建設完成了第一階段目標任務，形成了從數(shù)據(jù)資源體系梳理、數(shù)據(jù)收集、規(guī)范化整理、集成挖掘到數(shù)據(jù)服務的機制，建成了數(shù)據(jù)服務平臺，集成了一批黃河流域基礎科學數(shù)據(jù)，為眾多科研用戶及政府決策部門提供了數(shù)據(jù)服務。但同時也反映出一些客觀問題，如數(shù)據(jù)體系性不完整、數(shù)據(jù)時間序列不夠長、數(shù)據(jù)覆蓋度還不完全、數(shù)據(jù)集成程度還不高、要素覆蓋面還有缺失、“空—天—地—河”數(shù)據(jù)一致性還需要改進、數(shù)據(jù)集產(chǎn)品質量還有待提高、不同部門機構之間的數(shù)據(jù)引接還存在機制上的障礙、沿河流域機構數(shù)據(jù)共享仍然是一難題等。數(shù)據(jù)的不系統(tǒng)、不完整、難整合、難共享等不足，致使數(shù)據(jù)驅動的科學研究、賦能規(guī)劃發(fā)展、支持企業(yè)應用等數(shù)據(jù)支持力不足，并極大地限制了生態(tài)環(huán)境保護與高質量發(fā)展研究與決策的提升，造成了科技資源極大浪費。中心近期將在提高數(shù)據(jù)集成的廣度和深度上繼續(xù)開展工作，嘗試與其他黃河流域數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位合作。在2021年6月在甘肅省天水市舉行的“科學數(shù)據(jù)與數(shù)字經(jīng)濟”研討會上，王家耀院士代表相關參會單位宣讀了形成《黃河流域基礎科學數(shù)據(jù)開放共享倡議書》，號召更多的黃河流域數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位加入“黃河流域科學數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟”，形成黃河流域分布式互聯(lián)數(shù)據(jù)中心來形成全部覆蓋的科學數(shù)據(jù)資源體系，提升科學數(shù)據(jù)應用保障能力，支持黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展。