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層層疊疊的海冰

最早以前，我們抗擊海冰，主要依靠的是經驗積累。我們會根據(jù)往年的情況，比如哪些地方容易結冰，哪些地方的冰層可能比較厚，來推測今年的結冰情況。隨著氣象預報、海洋預報等相關服務的出現(xiàn)，我們可以借助這些輔助手段，更加科學準確地預測海冰的生成情況。那有沒有一種方法，可以向我們一目了然地展示海冰對沿海居民生產生活造成的具體影響？在“2010 Esri 中國大學生GIS 軟件開發(fā)競賽”中，山東科技大學測繪學院的幾位學生就在老師的帶領下，運用一項叫做地理信息系統(tǒng)的技術，對渤海海冰生成與災害評估進行了深入研究。

地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System，簡稱GIS) 屬于信息系統(tǒng)的一類，是獲取、處理、管理和分析地理空間數(shù)據(jù)的重要工具、技術和學科。據(jù)有關統(tǒng)計顯示，進入信息社會后，人們每天所接觸到的信息80%與地理空間信息有關，我們日常生活的方方面面都被牢牢地打上了時空的烙印。因此，空間思維也必然是我們認識問題、分析問題和解決問題時不容忽視的一種思維方式。

就海冰問題來說，我們不僅關心哪些區(qū)域生成了海冰，還關心這些結冰區(qū)域的海冰厚度和密度分布情況，以及由此對海上航運以及海上養(yǎng)殖區(qū)等造成的影響，從而為我們制定應對策略提供參考依據(jù)。

相關知識表明，海冰的形成跟很多因素有關，包括海域的海水質量（海水的鹽度）、空氣氣象情況（風速、溫度、太陽輻射、降水、濕度等）、海岸線情況以及海水污染程度等。我們在研究這個問題的時候，不可能把所有因素都考慮進來。一來這樣實際操作起來比較困難；二來也不利于我們找出問題的“主要癥結”。也就是說，我們要尋找“主要矛盾”的“主要方面”。這就需要我們對各相關因素進行歸納、提煉和取舍，最后找出影響結果的幾個最主要因素。

山東科技大學的這個研究小組通過分析發(fā)現(xiàn)，海水鹽度和氣溫是影響海冰生成的決定性因素。找出這些因素后，還需要進一步確定它們對于海冰生成的具體影響。這就需要研究者結合相關知識和已經掌握的資料進行綜合、分析和推演，最終尋找出這些因素和最終結果之間的關聯(lián)關系。這個過程，被稱之為“建模”。所謂建模，就是指建立概念關系、數(shù)學和/或計算機模型的過程。模型是對事物關系的一種高度抽象和概括，是去除了無關及次要影響因子的精練表達。據(jù)了解，在地理信息系統(tǒng)軟件里面，就有大量現(xiàn)成的模型，比如空間統(tǒng)計分析模型、水文模型等，方便使用者直接調用。如果在模型庫里沒有找到合適的模型，使用者還可以通過它提供的建模工具快速搭建起一個模型。模型建好后，通過采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，就能計算出沿海海冰的具體分布情況。同樣，通過一些算術運算和操作，可以得到海冰厚度與海冰密度等級圖。

海冰厚度分級圖：根據(jù)計算結果，把海冰厚度分為五個級別，顏色越深表示海冰越厚

地理信息系統(tǒng)的另一個好處，是能夠將計算結果以“地圖”這種直觀的視覺表達形式呈現(xiàn)出來。這樣，哪些區(qū)域結冰了，它們的密度和厚度分別是多少，在圖上都一目了然。這對我們進一步制定應對策略不無裨益。比如，假設有一艘漁船被困，需要?？吭诎哆叺钠票巴鶢I救。通過這個系統(tǒng)和我們已經建好的模型，就能夠計算出該由停在附近的哪條破冰船前去救援，以及該船應該以什么樣的路徑前往。我們都知道，兩點之間直線距離最短。但是在實際生活中，會因為有一些障礙物阻擋或別的原因，使我們不能簡單地選擇直線。就這里來說，有可能在這條直線上，有一個區(qū)域海冰特別厚，密度特別大，如果破冰船直接開過去，不僅不能突破這塊區(qū)域，很有可能自身還被冰封，陷入危險。所以，就需要借助系統(tǒng)，為我們選出一條既距離短，且破冰成本又低的最優(yōu)路徑。

在此基礎上，這個研究小組做了進一步的分析，比如海冰對海水養(yǎng)殖區(qū)的影響。也像前面一樣，他們先找出了幾個最主要的影響因素，如海冰的厚度（影響海冰冰封時期的長度）、海冰的密度（影響海產品的搶收、增收）、海冰的流速（海冰的迅速生成會對海上船只威脅很大），然后進行建模分析，即能得出海冰對海水養(yǎng)殖區(qū)的影響情況。同樣道理，還可以分析海冰對海上建筑物尤其是海上油井氣田的影響等等。