岳天祥：生态系统综合评估中的数字模型发展与应用

2006年5月10日，“中国生态大讲堂”春季研讨会邀请岳天祥研究员作了题为“生态系统综合评估中的数字模型发展与应用”的报告，向与会听众详细介绍了数字模型的发展现状和高精度曲面模型（HASM）的原理、优点和应用情况。

岳天祥研究员指出：近半个世纪以来，随着计算机技术的发展，地理信息系统取得了长足的进步，并已进入数字地球时代，然而，现代地理信息系统中使用的基础空间模型与20年前相比，没有多大发展。以往地理信息系统的发展只局限于技术方面，很少涉及理论方面。

地理信息系统一般处理的是静态信息。然而，在许多情况下，地理信息系统需要处理的信息是动态的。实时（real-time）指事件发生时的片刻瞬间。一般情况下，信息的实时更新是不可能的，都会有一些拖延。一个实时系统的可接受拖延时间长短取决于过程的动态性和决策的时间阈值。有关研究表明，地理信息系统是作为制图工具逐渐发展起来的，最近几年才开始开拓建模和模拟功能。虽然当代地理信息系统软件还没有实时功能，但随着计算机技术的迅速发展，实时空间分析和实时数据可视化已势在必行。

目前，由于地理信息系统处理多尺度问题的能力有限，一般使用低（粗）分辨率数据，既是有高（细）分辨率数据，大多数模拟分析也是将其进行平均处理后转换为低分辨率数据。这种处理几乎损失了所有局部格局信息和非线性特征信息。如何将高分辨率数据和低分辨率数据结合起来分析生态系统的结构、空间格局和过程是系统模拟面临的首要挑战。

岳研究员介绍，地球表层环境是岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的交接面，一个地球表层系统是地球表层环境中一组相互关联要素形成的复杂功能整体，一个地球表层系统在数学中可定义为空间中的一片曲面（surface），曲面建模（surface modeling）就是对一个曲面进行空间位置明确数学表达的过程。

岳研究员强调：与传统的TIN、SPLINE、IDW等空间插值方法相对比，HASM具有很多优点，例如：

l        插值方法不影响HASM的收敛性，只影响HASM的收敛速度；

l        HASM消除了边界振荡的影响；HASM解决了峰值削平问题；

l        计算步长(像元分辨率)不影响HASM的模拟精度；

l        采样间距几乎不影响HASM的模拟精度，从根本上解决了自二十世纪六十年代后期以来困扰地理信息系统 (GIS) 曲面建模的误差问题；

l        HASM的实时模拟问题在数学上可理解为动态加点和动态减点问题，无论加点还是减点，计算量的变化并不大，可用于实时动态模拟。

HASM的上述优点使得其非常适合于多方面的应用，如：建立数字高程模型、多空间尺度人口分布曲面建模、陆地生态系统空间变化研究、生态阈值模型、陆地生态系统食物供应能力、环境变化探测、景观变化探测等。

（侯西勇）

个人简历：

岳天祥  中国科学院地理科学与资源研究所、资源与环境信息系统国家重点实验室首席研究员，博士生导师，资源环境模型与系统模拟研究方向学术带头人。1980年9月至1984年7月，在陕西师范大学数学系攻读学士学位；1984年9月至1986年7月，在甘肃省庆阳学院数学系任教；1986年9月至1989年7月，在兰州大学地理系攻读自然资源利用专业硕士学位；1989年9月至1992年7月，在中科院生态环境研究中心攻读生态学专业博士学位。自1998年7月以来，在中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室从事资源环境模型与系统模拟研究。