層層疊疊的海冰
最早以前，我們抗擊海冰，主要依靠的是經(jīng)驗(yàn)積累。我們會(huì)根據(jù)往年的情況，比如哪些地方容易結(jié)冰，哪些地方的冰層可能比較厚，來推測(cè)今年的結(jié)冰情況。隨著氣象預(yù)報(bào)、海洋預(yù)報(bào)等相關(guān)服務(wù)的出現(xiàn)，我們可以借助這些輔助手段，更加科學(xué)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)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(duì)沿海居民生產(chǎn)生活造成的具體影響？在“2010 Esri 中國(guó)大學(xué)生GIS 軟件開發(fā)競(jìng)賽”中，山東科技大學(xué)測(cè)繪學(xué)院的幾位學(xué)生就在老師的帶領(lǐng)下，運(yùn)用一項(xiàng)叫做地理信息系統(tǒng)的技術(shù)，對(duì)渤海海冰生成與災(zāi)害評(píng)估進(jìn)行了深入研究。
地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System，簡(jiǎn)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(shù)和學(xué)科。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，進(jìn)入信息社會(huì)后，人們每天所接觸到的信息80%與地理空間信息有關(guān)，我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷娑急焕卫蔚卮蛏狭藭r(shí)空的烙印。因此，空間思維也必然是我們認(rèn)識(shí)問題、分析問題和解決問題時(shí)不容忽視的一種思維方式。
就海冰問題來說，我們不僅關(guān)心哪些區(qū)域生成了海冰，還關(guān)心這些結(jié)冰區(qū)域的海冰厚度和密度分布情況，以及由此對(duì)海上航運(yùn)以及海上養(yǎng)殖區(qū)等造成的影響，從而為我們制定應(yīng)對(duì)策略提供參考依據(jù)。
相關(guān)知識(shí)表明，海冰的形成跟很多因素有關(guān)，包括海域的海水質(zhì)量（海水的鹽度）、空氣氣象情況（風(fēng)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?cè)谘芯窟@個(gè)問題的時(shí)候，不可能把所有因素都考慮進(jìn)來。一來這樣實(shí)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(jié)”。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(duì)各相關(guān)因素進(jìn)行歸納、提煉和取舍，最后找出影響結(jié)果的幾個(gè)最主要因素。
山東科技大學(xué)的這個(gè)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(jìn)一步確定它們對(duì)于海冰生成的具體影響。這就需要研究者結(jié)合相關(guān)知識(shí)和已經(jīng)掌握的資料進(jìn)行綜合、分析和推演，最終尋找出這些因素和最終結(jié)果之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。這個(gè)過程，被稱之為“建模”。所謂建模，就是指建立概念關(guān)系、數(shù)學(xué)和/或計(jì)算機(jī)模型的過程。模型是對(duì)事物關(guān)系的一種高度抽象和概括，是去除了無關(guān)及次要影響因子的精練表達(dá)。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(jì)分析模型、水文模型等，方便使用者直接調(diào)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(gè)模型。模型建好后，通過采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，就能計(jì)算出沿海海冰的具體分布情況。同樣，通過一些算術(shù)運(yùn)算和操作，可以得到海冰厚度與海冰密度等級(jí)圖。
海冰厚度分級(jí)圖：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，把海冰厚度分為五個(gè)級(jí)別，顏色越深表示海冰越厚
地理信息系統(tǒng)的另一個(gè)好處，是能夠?qū)⒂?jì)算結(jié)果以“地圖”這種直觀的視覺表達(dá)形式呈現(xiàn)出來。這樣，哪些區(qū)域結(jié)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(duì)我們進(jìn)一步制定應(yīng)對(duì)策略不無裨益。比如，假設(shè)有一艘漁船被困，需要?？吭诎哆叺钠票巴鶢I(yíng)救。通過這個(gè)系統(tǒng)和我們已經(jīng)建好的模型，就能夠計(jì)算出該由停在附近的哪條破冰船前去救援，以及該船應(yīng)該以什么樣的路徑前往。我們都知道，兩點(diǎn)之間直線距離最短。但是在實(shí)際生活中，會(huì)因?yàn)橛幸恍┱系K物阻擋或別的原因，使我們不能簡(jiǎn)單地選擇直線。就這里來說，有可能在這條直線上，有一個(gè)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(xiǎn)。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(chǔ)上，這個(gè)研究小組做了進(jìn)一步的分析，比如海冰對(duì)海水養(yǎng)殖區(qū)的影響。也像前面一樣，他們先找出了幾個(gè)最主要的影響因素，如海冰的厚度（影響海冰冰封時(shí)期的長(zhǎng)度）、海冰的密度（影響海產(chǎn)品的搶收、增收）、海冰的流速（海冰的迅速生成會(huì)對(duì)海上船只威脅很大），然后進(jìn)行建模分析，即能得出海冰對(duì)海水養(yǎng)殖區(qū)的影響情況。同樣道理，還可以分析海冰對(duì)海上建筑物尤其是海上油井氣田的影響等等。
養(yǎng)殖區(qū)受損災(zāi)害分級(jí)：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，把養(yǎng)殖區(qū)的受損程度分為6級(jí)，其中紫色區(qū)域代表的是受災(zāi)最嚴(yán)重的區(qū)域
可見，有了地理信息系統(tǒng)這個(gè)工具，我們就能把一些純文字的描述以及數(shù)據(jù)報(bào)表等材料轉(zhuǎn)化成生動(dòng)形象的可視化表達(dá)方式，而且還能借助模型等工具，進(jìn)行相應(yīng)的空間分析。目前，地理信息系統(tǒng)已在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并成為相關(guān)單位和部門制定決策的重要依據(jù)。
