服务案例 基于数据、模型和计算的研究模式成为寒旱区陆地表层过程研究的新模式
以数据流为核心的寒旱区陆地表层过程研究中，数据流生产、传输、存储、管理、共享、分析、应用生命周期价值链的不同环节上的信息化建设，为基于数据-模型-计算模型形成奠定坚实的基础。形成了基于数据、基于模型、基于超级计算模拟等不同数据价值链阶段的成果产出。
一、 数据传输阶段的信息化实现了数据的持续积累，保障了数据质量。
“（监测）点—（野外）站—（研究）”所网络一体化监测体系的建立，解决高寒、高海拔、无供电、无通讯网络覆盖地区的观测数据自动传输问题，形成了长期观测数据持续积累的重要保障，是联合观测研究体系建立的重要基础。提升寒旱区野外观测数据的自动化水平，解决数据的实时性和数据质量问题，形成寒区旱区野外观测台站一体化的科学数据收集、传输、集成、保存、管理和共享研究、处理和可视化分析，为野外同步联合观测提供基础支持。
案例建立的高寒、复杂、极端环境下野外观测点的无线组网技术，将观测网络的数据中继传输到有信号或有网络的站点，再经无线通讯或地面网络传输到研究所的数据库系统，并转换为满足模型与可视化需要的数据格式等，这些野外观测系统信息化成果，已推广到了遥感站、格尔木站、玉龙雪山站、沙坡头站、黑河流域水文观测站、祁连山站、敦煌站、河北承德冻土观测、青海玉树冻土观测等部分观测点上，成功实现了这些观测点上的数据自动传输。同时，将无线数据传输技术应用野外植被样方的监控中，实现了植物样方远程实时视频数据采集，为植物生长模型构建及其他分析提供了基础数据。利用该项成果为天山一号冰川建立视频数据采集系统，在网络上实时展现冰川末端的变化过程，为冰川变化模型的构建提供基础数据。目前还有多个野外台站正计划采用获得的技术成果实现数据传输的自动化，预计将会有100多个观测站点实现无线数据传输和远程视频监控。案例取得的成果，不仅可以为寒旱区的野外观测系统所用，也可为其他领域野外观测系统提供数据传输支持
利用WSN技术和现代信息处理技术，在黑河流域建立了一个对野外观测数据进行全自动汇集、预处理与质量控制、入库，以及数据应用和发布的观测数据自动综汇系统，并可远程监测和控制观测设备的状态从而实现与卫星及航空遥感平台的同步观测。目前该系统已将黑河遥感站所辖黑河上中下游的数百个自动观测节点纳入了全自动管理，从2012年5月投运到今，已经在无人值守状态下自动完成了超过5亿条观测数据的入库、初步预处理和质量控制任务，大幅度提高了野外观测数据的实时性和可用性
二、 基于数据平台的有效管理与数据作者权益保护，极大地推动了数据共享应用
寒旱区科学数据资源的管理与共享应用服务，形成了具有特色的管理和服务模式。除形成稳定可持续用于数据长期保存的技术体系外，重要的是建立一整套数据管理、数据共享、数据作者权益保护的有效措施。建立了元数据评审与发布工作流程，数据汇交与审核工作流，建立了数据作者审批与委托共享审批制度，首先在国内采用数字对象唯一标识符（DOI）、数据引用（data cite, data paper）、数据评价(data citation index)。与汤森•路透 建立Data Citation Index的协议，获得Nature推荐为本刊的数据存储和发布数据库（Cold and Arid Regions Science Data Center）。在保障数据作者权益和符合相关法规下，已经累计向1200多家单位提供数据服务共7177条次，服务各种研究项目500多个，其中973项目53个，863项目11个，自然基金项目189个(其中西部计划项目33个，黑河计划项目35个)，国家科技支撑计划40个，中科院项目18个，普通项目158个，学位论文173个，其他项目167个（无明确项目信息）。吸引了国内一些科学家将他们数据自主的发布到数据平台上来，为科学家提供共享服务。如青藏所阳坤研究员小组制备的“中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集”是从事陆面过程研究的重要数据集。北京师范大学戴永久教授七年整理形成的中国土壤特征数据集，最近全面在西部数据中心共享，很短时间内近百次申请。
三、基于超级计算环境支持，形成了计算模拟研究新型模式
超级计算模拟已经成为寒旱区科学研究的重要方法。“数据—模型—计算”的研究模式在寒旱区科学研究中已经形成。近10年间，在在超级计算环境下已经支持了近600个研究项目，近3000人次接受了超级计算培训，为中科院兰州地区、青海地区以及网格用户提供了超级计算服务。初步形成了以地学研究为核心的超计算机应用环境。
四、基于数据、模型和超级计算的示范引用成效
（1）基于长期积累数据建立了山岳冰川厚度分布模型，在遥感数据的支持下，利用建立的物理模型很好的模拟了山岳冰川。
随着20世纪以来全球气温逐渐升高，强烈的冰川消融与退缩使我国诸多地区水资源供需矛盾日益尖锐，引发人们对冰川水资源现状及其未来变化的急切关注。建立适用于山岳冰川的厚度分布计算模型是评估我国冰川水资源量亟待解决的关键问题。李忠勤、李慧林团队，利用在近50年积累的冰川数据及野外观测参数和遥感数据的支持下，基于流体动力学与理想塑性体理论，建立了将冰川坡度、宽度、冰的屈服应力与冰川厚度相联系的物理模型。模型中各项输入参数均可通过遥感影像解译获得，使得针对区域中众多冰川开展的厚度及冰储量的评估研究成为可能(图1)。在具备厚度实测数据的冰川上的验证结果表明，该模型能够较好地重现冰川厚度，平均误差均在10 m以内(图2)。尤其对我国广泛分布的山谷冰川，其模拟精度远高于其它同类模型。该模型的建立不仅弥补了国际上山岳冰川在厚度模拟方面的研究空白，而且在与山岳冰川相关的各类水文水资源研究中具有实际应用意义。本项成果发表在Journal of Geophysical Research 上。（Hin Li, Felix Ng, Zhongqin Li, Dahe Qin, G Cheng. An extended 'perfect-plasticity' method for estimating ice thickness along the flow line of mountain glaciers. Journal of Geophysical Research, 2012,117,F01020, doi:10. 1029 /2011JF002104, 2012.）
图1 用来验证厚度模型的各冰川分布及其地形
图2 实测七一冰川横剖面与模拟横剖面比较（点：实测冰川基岩；黑色曲线：模拟冰川基岩）
（2）基于计算模拟解释了中国沙漠中若干世界其他沙漠少见的独特沙丘地貌类型
基于模型、计算模拟与野外实证研究方法，董治宝、吕萍野阐述了野外条件下斜向沙丘地貌形成之谜。该团队发现腾格里沙漠的准双向风况条件下发育了格状沙丘，且格状沙丘形成发育过程需要经历斜向沙丘阶段。斜向沙丘的发现使得在沙丘地貌形成过程中找到了横向沙丘与纵向沙丘共生的关键链条。依据沙源供应程度，沙丘走向可以分为线性模式和非线性模式。在沙源供应量不充分的情况下，沙丘脊线走向与合成输沙势方向一致，即所谓的线性模式，发育纵向沙丘；而在沙源供应充分的情况下，沙丘脊线与最大净合成输沙势的方向垂直，即非线性模式，形成横向沙丘。上述模拟结果很好地解释了线形沙丘与新月型沙丘的共生现象。野外考察与调查发现，在柴达木盆地，线形沙丘和新月型沙丘发育在同一风况中，但线形沙丘发育于距盐湖较近的区域，由于盐分对地表沉积物的胶结作用，沙源供应有限。而新月型沙丘则发育于距盐湖较远的区域，有比较丰富的松散沉积物。该研究成果近日发表在Nature Geoscience（LuPing,Cl´ementNarteau2,ZhibaoDong,etc at.. Emergence of oblique dunes in a landscape-scale experiment. NATURE GEOSCIENCE.2014:1-20. DOI: 10.1038/NGEO2047)
