陆地碳循环模型的开放式对比系统构建方法研究

论文摘要

陆地碳循环模型是估计和预测不同尺度碳收支分布格局和变化趋势的重要手段。随着陆地碳循环模型的发展,其类型越来越多样,机理越来越复杂,在应用时往往难以选择。对此,国际上开展了多次陆地碳循环模型对比计划,一些研究机构针对陆地碳循环模型的对比发布了相关软件工具,陆地碳循环模型的对比成为当前研究的热点。但陆地碳循环模型的对比方案在公平公开性、可重现性和可重用性上仍然存在着一些不足,需要进一步研究。本文以陆地碳循环模型在网络环境下的开放式对比为导向,紧扣模型对比过程中的两个难点,即对比方案的公平公开和可重用,以陆地碳循环模型、数据和对比方法的服务化为切入点,通过科学工作流引擎驱动模型服务、数据服务和对比服务之间的集成调度,实现开放式网络环境下的模型对比,为陆地碳循环模型的对比提供了新的思路。本文主要研究内容和成果如下:（1）陆地碳循环模型开放式对比系统架构构建。面向陆地碳循环模型开放式对比的需求,设计了公平公开的、可重用的对比方案,包括“对比主题——对比工程——对比任务”三层。面向陆地碳循环模型和数据不断涌现和更新迭代的现状,设计了可扩展性高、灵活性强、稳定性强的分布式系统架构,支持新的陆地碳循环模型和验证数据集参与对比。（2）陆地碳循环对比资源组件。针对陆地碳循环模型对比过程涉及到的模型资源、数据资源和对比方法资源,通过“异构性分析——结构化描述——标准化封装——资源部署——服务发布”这一流程实现各种资源的组件化,将陆地碳循环模型资源、数据资源和对比方法资源转化为可重用的网络服务。其中,数据服务包括WMS/WCS/WFS空间信息服务、数据上传下载服务和数据重构服务;模型服务包括IBIS、Biome-BGC和LPJ模型服务;对比服务包括统计学对比服务和可视化对比服务。这些组件化的资源为开放式对比系统提供了接入更广泛模型和数据资源的能力,同时为陆地碳循环模型的开放式对比提供了公开透明的对比资源。（3）陆地碳循环模型对比引擎构建。面向陆地碳循环模型在对比时模型服务、数据服务和对比服务间的任务调度需求,设计模型对比科学工作流引擎,并基于此对不同类型的服务进行流程控制,进而实现陆地碳循环模型的开放式对比。本文针对陆地碳循环模型开放式对比面临的实际问题,设计了对比流程公开的、对比结果易于重现的、对比方案可重用的陆地碳循环模型对比系统,为陆地碳循环模型的对比提供了新的途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究现状综述
•     1.2.1 陆地碳循环模型
•     1.2.2 陆地碳循环模型对比计划
•     1.2.3 陆地碳循环模型对比工具
•     1.2.4 研究现状分析和总结
•   1.3 研究目标和研究内容
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
•   1.4 研究方法和技术路线
•     1.4.1 研究方法
•     1.4.2 技术路线
•   1.5 论文组织结构
• 第2章 陆地碳循环模型开放式对比分析与框架设计
•   2.1 典型陆地碳循环模型
•     2.1.1 陆地碳循环过程
•     2.1.2 IBIS、Biome-BGC和LPJ模型
•     2.1.3 IBIS、Biome-BGC和LPJ模型的对比需求
•   2.2 陆地碳循环模型开放式对比方案
•     2.2.1 开放式对比的公平公开性
•     2.2.2 开放式对比的可重用性
•     2.2.3 陆地碳循环模型开放式对比方案
•   2.3 陆地碳循环模型开放式对比系统框架设计
•     2.3.1 总体框架设计
•     2.3.2 功能模块设计
•   2.4 本章小结
• 第3章 陆地碳循环开放式数据和模型组件
•   3.1 陆地碳循环开放式数据资源组件
•     3.1.1 陆地碳循环数据资源及其异构性分析
•     3.1.2 陆地碳循环数据资源的结构化描述
•     3.1.3 陆地碳循环数据资源的服务化
•   3.2 陆地碳循环开放式模型资源组件
•     3.2.1 陆地碳循环模型资源异构性分析
•     3.2.2 陆地碳循环模型资源的结构化描述
•     3.2.3 陆地碳循环模型资源的服务化
•   3.3 陆地碳循环数据和模型服务容器设计
•     3.3.1 数据管理容器
•     3.3.2 模型计算容器
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于开放式对比方案的陆地碳循环模型对比引擎
•   4.1 陆地碳循环开放式对比方法组件
•     4.1.1 陆地碳循环模型对比方法及其异构性分析
•     4.1.2 对比方法的结构化描述
•     4.1.3 对比方法的服务化
•   4.2 陆地碳循环模型开放式对比方案详细设计
•     4.2.1 陆地碳循环通量要素的语义描述
•     4.2.2 陆地碳循环模型对比方案的结构化表达
•   4.3 陆地碳循环模型对比执行引擎
•     4.3.1 科学工作流
•     4.3.2 对比科学工作流的表达和存储
•     4.3.3 对比科学工作流的执行
•   4.4 陆地碳循环模型对比容器
•     4.4.1 模型对比容器的功能和接口
•     4.4.2 模型对比容器的应用
•   4.5 本章小结
• 第5章 原型系统与实验验证
•   5.1 陆地碳循环模型开放式对比原型系统构建
•     5.1.1 网络架构
•     5.1.2 服务容器
•     5.1.3 陆地碳循环模型对比门户网站
•   5.2 IBIS、Biome-BGC和LPJ的对比实验
•     5.2.1 单站点对比
•     5.2.2 时空分布格局对比
•   5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 主要的创新点
•   6.3 不足与展望
• 附录A 地球生物化学通量缩写参照表
• 附录B 植被功能类型缩写参照表
• 附录C Anav评估的10个模型GPP空间分布格局
• 附录D Malavelle评估的2个模型GPP空间分布格局
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 沈超然

导师: 陈旻

关键词: 陆地碳循环模型,开放式模型对比,网络服务,服务集成

来源: 南京师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 南京师范大学

基金: 国家自然科学基金优秀青年项目,地理建模与模拟(41622108),国家自然科学基金青年项目,面向分布式地理模型集成应用的数据服务总线研究(41701441)

分类号: P595

DOI: 10.27245/d.cnki.gnjsu.2019.000342

总页数: 115

文件大小: 11210K

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