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(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅蘭州 730000；2.國(guó)家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心，甘肅蘭州 730000；3.河南省時(shí)空大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(xué)，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(zhǎng)河我國(guó)第二長(zhǎng)河，是中華民族的母親河中華文明的主要發(fā)祥地，全長(zhǎng) 5 464 公里，流域面積75 萬(wàn)多平方公里，流經(jīng)9 個(gè)省區(qū)[1]（圖1）。習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上強(qiáng)調(diào)，黃河流域作為我國(guó)重要的生態(tài)屏障，是全國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)地帶和打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要區(qū)域，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)安全方面具有舉足輕重的地位[2-3]。同長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展、京津冀協(xié)同發(fā)展、長(zhǎng)三角一體化發(fā)展、粵港澳大灣區(qū)建設(shè)一樣，黃河流域的生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展也是重大國(guó)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(hù)與高質(zhì)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(qiáng)水汽循環(huán)、恢復(fù)生態(tài)、提升水資源利用效率和高質(zhì)量發(fā)展，中游主要是做好生態(tài)保護(hù)修復(fù)、水土流失治理、水沙調(diào)控、污染防治、水資源利用效率提升和高質(zhì)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(hù)恢復(fù)、近海海水入侵、富營(yíng)養(yǎng)化和有毒物質(zhì)治理。按照習(xí)近平總書記“共同抓好大保護(hù)、協(xié)同推進(jìn)大治理，為全面加強(qiáng)黃河流域生態(tài)保護(hù)，堅(jiān)持山水林田湖草生態(tài)空間一體化保護(hù)和環(huán)境污染協(xié)同治理”的指示，急需構(gòu)建能夠支持黃河流域生態(tài)保護(hù)、長(zhǎng)治久安、水資源利用、高質(zhì)量發(fā)展和文化保護(hù)傳承弘揚(yáng)的基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)與信息化環(huán)境，形成支持幸福黃河建設(shè)的智能化決策平臺(tái)，來支持黃河大保護(hù)、大治理和高質(zhì)量發(fā)展研究。為黃河大保護(hù)、大治理和高質(zhì)量發(fā)展提供“空—天—地—河”一體化的感知手段、科學(xué)數(shù)據(jù)支撐，為黃河流域的保護(hù)治理、安全保障、高質(zhì)量發(fā)展與水旱災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)警與決策支持提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。從實(shí)施的角度來看，黃河流域生態(tài)保護(hù)、高質(zhì)量發(fā)展、水旱災(zāi)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(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)和相關(guān)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(yù)估、上游生態(tài)環(huán)境變化預(yù)測(cè)預(yù)警、中游水污染監(jiān)測(cè)與干支河流健康評(píng)估預(yù)警以及水土流失、滑坡泥石流、洪水潰壩、堤岸崩塌等自然災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)警與決策支持、下游濕地與河口生態(tài)功能預(yù)測(cè)預(yù)警等，都需要覆蓋全流域的基礎(chǔ)、完整、完善的體系化科學(xué)數(shù)據(jù)和各類研究模型的支持。因此，本文將針對(duì)黃河流域基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)體系建設(shè)和應(yīng)用支持服務(wù)，圍繞黃河流域20 大類174 子類數(shù)據(jù)資源，建設(shè)數(shù)據(jù)資源和應(yīng)用研究模型，構(gòu)建黃河流域時(shí)空數(shù)據(jù)平臺(tái)，提供黃河流域科學(xué)數(shù)據(jù)開放共享服務(wù)，產(chǎn)生的共享服務(wù)成效顯著。

1 數(shù)據(jù)資源分類與建設(shè)

1.1 數(shù)據(jù)資源分類

目前，黃河流域基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)零星散落，在科學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)觀測(cè)獲取、科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品研發(fā)、科學(xué)數(shù)據(jù)體系化系統(tǒng)集成、基于科學(xué)數(shù)據(jù)的應(yīng)急響應(yīng)、決策支撐和服務(wù)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(xué)研究模型仍存在分散、適應(yīng)性驗(yàn)證不夠、綜合集成支持能力低等不足；針對(duì)性應(yīng)用需要的專題數(shù)據(jù)制備關(guān)鍵方法技術(shù)缺失，不具備實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)專題數(shù)據(jù)生產(chǎn)能力，在線流域中數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、人工智能融合模型進(jìn)行環(huán)境現(xiàn)勢(shì)性數(shù)據(jù)制備與狀態(tài)評(píng)估、發(fā)展預(yù)測(cè)預(yù)警的可用性模型綜合支持能力不足。為此，國(guó)家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心開展了黃河流域科學(xué)分類建設(shè)、體系化科學(xué)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(xué)數(shù)據(jù)、人文經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)，集成驗(yàn)證了解黃河流域各類研究模型，并針對(duì)有效支持水土流失與治理、水污染與水沙調(diào)控、支流可持續(xù)承載力評(píng)估、河道安全與洪水災(zāi)害、岸線生態(tài)保障修復(fù)、河口濕地保護(hù)、文化保護(hù)傳承弘揚(yáng)、新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展等研究和決策需要，將黃河流域基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)劃分為20 大類174 個(gè)小類。20 個(gè)大類主要包括：黃河流域基礎(chǔ)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?cái)?shù)據(jù)、黃河流域草地?cái)?shù)據(jù)、黃河流域水土保持治理數(shù)據(jù)、黃河流域沙地?cái)?shù)據(jù)、黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)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(huì)發(fā)展數(shù)據(jù)、黃河流域經(jīng)濟(jì)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(zāi)害數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)資源建設(shè)

國(guó)家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心（以下簡(jiǎn)稱“中心”），聯(lián)合河南大學(xué)、河南省時(shí)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(xué)、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(duì)黃河流域劃分的20 大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源體系，基于歷年統(tǒng)計(jì)年報(bào)資料、歷史文獻(xiàn)文檔資料、政府公開數(shù)據(jù)、“空—天—地”觀測(cè)數(shù)據(jù)、調(diào)查考察數(shù)據(jù)、試驗(yàn)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(zhì)量控制流程，利用“空—天—地—河”數(shù)據(jù)融合的方法對(duì)這些數(shù)據(jù)資源進(jìn)行挖掘、分析、處理、加工、質(zhì)控，形成時(shí)空基準(zhǔn)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(jié)構(gòu)不同、格式不同，本文分析其關(guān)聯(lián)性，對(duì)其進(jìn)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(shí)體，制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)范，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)體、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)分類規(guī)范等內(nèi)容的建設(shè)進(jìn)行約束。

1.2.1 數(shù)據(jù)分類整編

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

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

（2）黃河流域基礎(chǔ)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(hào)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(zhǎng)度、河流網(wǎng)絡(luò)、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(rùn)指數(shù)、氣象災(zāi)害、風(fēng)沙天數(shù)統(tǒng)計(jì)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(jí)河流水系、河流濕地、湖泊濕地、沼澤濕地、水庫(kù)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(jì)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(kù)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(qiáng)度水蝕分布、沙漠化、石漠化、水土流失、鹽漬化、泥沙觀測(cè)、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(jí)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(hù)區(qū)分布、植物多樣性、動(dòng)物多樣性、生態(tài)脆弱區(qū)、水源涵養(yǎng)保護(hù)區(qū)、生態(tài)環(huán)境受災(zāi)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(cè)算、飲用水水源地保護(hù)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(jì)、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(cè)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(chǔ)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(zāi)害數(shù)據(jù)。包括流域近幾年洪水災(zāi)害、旱災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害、抗震薄弱區(qū)、冰凌洪水、地震、地質(zhì)環(huán)境等數(shù)據(jù)。

（11）黃河流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(jì)開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃、近期建設(shè)規(guī)劃、城市控制性詳細(xì)規(guī)劃、新農(nóng)村建設(shè)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(zhì)文化遺產(chǎn)、非物質(zhì)文化遺產(chǎn)、古都文化、紅色文化、文化保護(hù)、各級(jí)風(fēng)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(cè)、祁連山老虎溝冰川監(jiān)測(cè)、七一冰川監(jiān)測(cè)、八一冰川監(jiān)測(cè)、天老池流域監(jiān)測(cè)、大野口流域監(jiān)測(cè)、祁連山植被分布、祁連山土壤有機(jī)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?jǐn)?shù)據(jù)。主要包括西峰、天水、綏德等3 個(gè)觀測(cè)站和檢測(cè)中心的徑流泥沙、降雨、徑流場(chǎng)、標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)及植被和下墊面的調(diào)查報(bào)告數(shù)據(jù)。黃河流域重點(diǎn)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(chǔ)地理、遙感專題、土壤、自然狀況統(tǒng)計(jì)、水環(huán)境情況統(tǒng)計(jì)、大氣環(huán)境統(tǒng)計(jì)、固體廢物統(tǒng)計(jì)、自然生態(tài)統(tǒng)計(jì)、土地利用情況統(tǒng)計(jì)、林業(yè)資源狀況統(tǒng)計(jì)、自然災(zāi)害及突發(fā)事件統(tǒng)計(jì)、環(huán)境與投資狀況統(tǒng)計(jì)、城市環(huán)境狀況統(tǒng)計(jì)、農(nóng)村環(huán)境狀況統(tǒng)計(jì)、氣象站點(diǎn)監(jiān)測(cè)（日）、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)（日）等數(shù)據(jù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)實(shí)體建設(shè)

合作單位提交的數(shù)據(jù)實(shí)體形成了黃河流域基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)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(jìn)行建設(shè)和共享，提供共享使用數(shù)據(jù)集。

（1）矢量數(shù)據(jù)：以坐標(biāo)或坐標(biāo)串表示的空間點(diǎn)、線、面等圖形數(shù)據(jù)及與其相聯(lián)系的有關(guān)屬性數(shù)據(jù)的總稱[4]。在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，不同類型數(shù)據(jù)的描述方法不同，點(diǎn)數(shù)據(jù)以坐標(biāo)值描述，線數(shù)據(jù)以均勻或不均勻間隔的順序坐標(biāo)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(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)值或文字的描述而形成的一系列的事務(wù)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(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)格式。黃河流域數(shù)據(jù)集中人文經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)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(diǎn)組成，每個(gè)柵格點(diǎn)或者像素的位置由柵格所在的行列號(hào)來定義，所對(duì)應(yīng)的數(shù)值為柵格所要表達(dá)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(chǔ)科學(xué)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(guān)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(biāo)識(shí)

元數(shù)據(jù)又被稱為“數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”，是關(guān)于數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)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(zhì)量狀況、時(shí)空范圍、管理方式、所有者、共享引用方式等有關(guān)信息。黃河流域科學(xué)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(biāo)識(shí)、內(nèi)容摘要、基本信息（包括采集時(shí)間、采集地點(diǎn)、數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)格式、坐標(biāo)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(zhì)量控制方法、項(xiàng)目支持信息和引用方式等信息，支持?jǐn)?shù)據(jù)共享、編目、元數(shù)據(jù)交換與檢索以及數(shù)據(jù)導(dǎo)航服務(wù)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(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯交、審核發(fā)布、共享、管理等功能。結(jié)合中文標(biāo)識(shí)CSTR和英文標(biāo)識(shí)DOI，支持用戶能快速準(zhǔn)確找到數(shù)據(jù)并獲取，通過元數(shù)據(jù)與CSTR標(biāo)識(shí)符保證各參與單位自身的權(quán)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(luò)來獲取，并通過不同的用戶賬號(hào)來控制用戶對(duì)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(quán)益保護(hù)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(jìn)行數(shù)據(jù)引用或致謝。

2 服務(wù)方式

黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展體系化科學(xué)數(shù)據(jù)通過國(guó)家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心進(jìn)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(wù)平臺(tái)，以專題數(shù)據(jù)集提供服務(wù)。目前已經(jīng)形成了黃河流域高質(zhì)量發(fā)展數(shù)據(jù)專題、水土保持?jǐn)?shù)據(jù)專題、祁連山生態(tài)環(huán)境要素專題、渭河流域?qū)ｎ}等開展服務(wù)，并為水土保持建立了水土保持專題服務(wù)云平臺(tái)。

2.1 黃河流域高質(zhì)量發(fā)展數(shù)據(jù)專題

中心聯(lián)合河南大學(xué)、河南省時(shí)空大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)研究院、河南師范大學(xué)收集整編，包括黃河流域基礎(chǔ)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(zāi)、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害數(shù)據(jù)，黃河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)、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(chǔ)地理、遙感專題、土壤、自然狀況統(tǒng)計(jì)、水環(huán)境情況統(tǒng)計(jì)、大氣環(huán)境統(tǒng)計(jì)、固體廢物統(tǒng)計(jì)、自然生態(tài)統(tǒng)計(jì)、土地利用情況統(tǒng)計(jì)、林業(yè)資源狀況統(tǒng)計(jì)、自然災(zāi)害及突發(fā)事件統(tǒng)計(jì)、環(huán)境與投資狀況統(tǒng)計(jì)、城市環(huán)境狀況統(tǒng)計(jì)、農(nóng)村環(huán)境狀況統(tǒng)計(jì)、氣象站點(diǎn)監(jiān)測(cè)（日）、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)（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(gè)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?jǐn)?shù)據(jù)專題

中心聯(lián)合黃河水利委員會(huì)黃河上中游管理局、水利部黃土高原水土保持野外科學(xué)觀測(cè)研究站（天水站、西峰站、綏德站），系統(tǒng)梳理了3 個(gè)水土保持科學(xué)試驗(yàn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，形成了長(zhǎng)時(shí)間序列的水土保持科學(xué)數(shù)據(jù)資料，時(shí)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(xùn)，到形成工作流程，直到完成數(shù)據(jù)整理，整個(gè)梳理工作歷時(shí)約3年。形成的高質(zhì)量數(shù)據(jù)主要包括綏德、天水和西峰3 個(gè)空間跨度大的區(qū)域（總面積約為566.23 km2）共15個(gè)典型小流域的觀測(cè)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(gè)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?xùn)|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(gè)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(chǔ)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(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)[9]。截至2021年12月，該專題數(shù)據(jù)已發(fā)布386 個(gè)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(qiáng)、數(shù)據(jù)時(shí)空跨度大序列長(zhǎng)、體系設(shè)置科學(xué)完整的資源優(yōu)勢(shì)。

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(cè)廳等單位，利用遙感監(jiān)測(cè)、站點(diǎn)實(shí)測(cè)、采樣分析、模式模擬等手段，分析集成了祁連山地區(qū)基礎(chǔ)地理背景數(shù)據(jù)，氣候植被相關(guān)遙感數(shù)據(jù)，典型流域氣象、水文參數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，不同海拔梯度林、灌、草樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，祁連山及其周邊地區(qū)關(guān)鍵土壤屬性實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，祁連山地區(qū)水—土—?dú)狻鷦?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和模擬長(zhǎng)時(shí)間序列時(shí)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(píng)估，支持祁連山生態(tài)保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展。截至2021年12月，中心整編發(fā)布了40 個(gè)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(wù)云平臺(tái)

水土保持專題服務(wù)云平臺(tái)（http://www.ncdc.ac.cn/portal/soil-and-water-conservation）采用Python語(yǔ)言開發(fā)，通過黃河流域3 個(gè)典型區(qū)域水土保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理體系的建設(shè)，形成典型水土流失觀測(cè)區(qū)GIS空間數(shù)據(jù)管理能力，根據(jù)流域規(guī)劃設(shè)計(jì)指標(biāo)，可快速準(zhǔn)確完成小流域水土保持規(guī)劃，有效提高了觀測(cè)區(qū)資源信息利用率，實(shí)現(xiàn)對(duì)黃河上游水土保持試驗(yàn)區(qū)的觀測(cè)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(wù)云平臺(tái)包含黃河流域地級(jí)市、干流、湖泊、省會(huì)城市、直流、重點(diǎn)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(guó)家級(jí)重點(diǎn)治理區(qū)、黑河綠洲國(guó)家級(jí)重點(diǎn)預(yù)防區(qū)、湟水洮河中下游國(guó)家級(jí)重點(diǎn)治理區(qū)、涇河北洛河上游國(guó)家級(jí)重點(diǎn)治理區(qū)、六盤山國(guó)家級(jí)重點(diǎn)預(yù)防區(qū)、伊洛河三門峽庫(kù)區(qū)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)治理區(qū)、子午嶺國(guó)家級(jí)重點(diǎn)預(yù)防區(qū)、祖厲河渭河上游國(guó)家級(jí)重點(diǎn)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(wù)云平臺(tái)

3 數(shù)據(jù)服務(wù)與成效

國(guó)家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心面向科技計(jì)劃項(xiàng)目、科研團(tuán)體及個(gè)人提供冰川、積雪、凍土、沙漠及其作用區(qū)相關(guān)各類科學(xué)數(shù)據(jù)的匯交、發(fā)布、共享服務(wù)，通過規(guī)范化整理和評(píng)審機(jī)制提升科學(xué)數(shù)據(jù)質(zhì)量，在保護(hù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)者權(quán)益的基礎(chǔ)上促進(jìn)、深化數(shù)據(jù)再利用，擴(kuò)大數(shù)據(jù)影響力，提供數(shù)據(jù)長(zhǎng)期維護(hù)、管理及存儲(chǔ)服務(wù)，確保數(shù)據(jù)安全及永久訪問。數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的建設(shè)是構(gòu)建黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展科學(xué)數(shù)據(jù)資源發(fā)布及共享服務(wù)的重要支撐條件。中心在已有數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展數(shù)據(jù)管理、制備、可視化及分析服務(wù)功能。基于定義的時(shí)空基準(zhǔn)、存儲(chǔ)格式規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)，集成關(guān)鍵環(huán)境因子在線制備注冊(cè)功能，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)的可視化展示等功能。中心設(shè)置了3 個(gè)專題數(shù)據(jù)和1 個(gè)專題數(shù)據(jù)云平臺(tái)，以幫助用戶快速查找、瀏覽和使用黃河流域基礎(chǔ)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(shí)產(chǎn)權(quán)措施，設(shè)置數(shù)據(jù)保護(hù)期，確保數(shù)據(jù)作者的權(quán)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(zhǔn)，采用在線、離線服務(wù)的共享模式。

3.1 數(shù)據(jù)服務(wù)

（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(qǐng)3 種數(shù)據(jù)共享方式，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)共享權(quán)限，為用戶提供服務(wù)。為數(shù)據(jù)集提供CSTR和DOI注冊(cè)服務(wù)，體現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值，這也在一定程度上體現(xiàn)了數(shù)據(jù)的質(zhì)量和用戶的認(rèn)同度。

（2）數(shù)據(jù)提交和審批服務(wù)。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(quán)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(duì)提交的元數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，審查通過后發(fā)布。為了促進(jìn)研究人員個(gè)人的數(shù)據(jù)匯集，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)作者自主進(jìn)行數(shù)據(jù)提交和對(duì)其提交數(shù)據(jù)共享服務(wù)的審批權(quán)，在保障數(shù)據(jù)作者權(quán)益的前提下，推進(jìn)數(shù)據(jù)匯聚和共享應(yīng)用。

（3）數(shù)據(jù)下載流程。通過構(gòu)建元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)、用戶之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速共享服務(wù)功能。用戶通過數(shù)據(jù)搜索、導(dǎo)航等途徑找到感興趣的數(shù)據(jù)并查看數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息即元數(shù)據(jù)后，就可以決定是否要申請(qǐng)?jiān)摂?shù)據(jù)。黃河流域科學(xué)數(shù)據(jù)采用離線申請(qǐng)和在線申請(qǐng)兩種服務(wù)方式。離線申請(qǐng)方式的數(shù)據(jù)申請(qǐng)需要經(jīng)過數(shù)據(jù)作者人工審核后才能對(duì)外提供服務(wù)，而在線申請(qǐng)方式的數(shù)據(jù)申請(qǐng)時(shí)，只需簡(jiǎn)單填寫用途就可以轉(zhuǎn)入下載或者使用FTP下載，從而獲得數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務(wù)流程如圖4所示。

圖4 專題數(shù)據(jù)下載服務(wù)流程

3.2 數(shù)據(jù)服務(wù)的成效

黃河流域近600 個(gè)數(shù)據(jù)集143 個(gè)相關(guān)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(wàn)人次，為高等院校、研究院所、企業(yè)、政府機(jī)構(gòu)、個(gè)人以及國(guó)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(qū)動(dòng)、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(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、氣候?yàn)?zāi)害的早期發(fā)現(xiàn)與識(shí)別分析中，為自然災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)警奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，采用基于網(wǎng)絡(luò)、文獻(xiàn)、期刊中數(shù)據(jù)提取的人工智能挖掘原型技術(shù)，初步形成了基于“空—天—地—河”數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)現(xiàn)識(shí)別和分析原型技術(shù)，為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的數(shù)據(jù)賦能支持奠定了良好的基礎(chǔ)。

根據(jù)國(guó)際《濕地公約》等規(guī)范，結(jié)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(wù)（圖5）。黃河流域冰川、積雪主要分布于三江源地區(qū)，進(jìn)入21世紀(jì)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(jí)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(kù)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(jí)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(shè)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(jié)論與展望

黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展數(shù)據(jù)建設(shè)完成了第一階段目標(biāo)任務(wù)，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(wù)的機(jī)制，建成了數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，集成了一批黃河流域基礎(chǔ)科學(xué)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(wù)。但同時(shí)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(shí)間序列不夠長(zhǎng)、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(jìn)、數(shù)據(jù)集產(chǎn)品質(zhì)量還有待提高、不同部門機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)引接還存在機(jī)制上的障礙、沿河流域機(jī)構(gòu)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(qū)動(dòng)的科學(xué)研究、賦能規(guī)劃發(fā)展、支持企業(yè)應(yīng)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(hù)與高質(zhì)量發(fā)展研究與決策的提升，造成了科技資源極大浪費(fèi)。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(xué)數(shù)據(jù)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)”研討會(huì)上，王家耀院士代表相關(guān)參會(huì)單位宣讀了形成《黃河流域基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)開放共享倡議書》，號(hào)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(xué)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(xué)數(shù)據(jù)資源體系，提升科學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用保障能力，支持黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展。