什么叫错位时空,终极飘移

2025-03-09 04:31:07

一、海洋数据时空特征分析

如上所述的海洋数据的总体特征,从GIS的角度来看,还有着其独特的时空特征。相对于陆地数据来讲,海洋数据普遍存在着非常典型的真三维和时刻变动的特点。

海洋数据的空间类型相比陆地数据的复杂性主要体现在:海洋是个真三维的环境。这就使处理海洋空间问题必然要涉及3个空间坐标的问题,而不再像陆地上那样,在很多情况下只需要处理2个平面坐标。值得重视的是,第3个空间坐标的出现,不是简单意义上的增加1个坐标。即使是只考虑空间数据的存储,按照这种2:3的线性比例来看,可能新出现需要考虑和处理的空间情况也会多增加一半,而实际情况则是在更多方面,如三维的可视化等,会增加更多的麻烦。

如图2.1所示,通过对国际流行的商业化GIS和数据库软件所采用的数据模型的对比研究,得出常用GIS系统的数据组织与管理模型。数据首先被分解成空间数据和属性数据两大类,属性数据与空间数据分开存储管理,其中属性数据用SQLServer等关系数据管理系统管理,空间数据用文件或关系数据库方式管理。空间数据的存储格式包括矢量、栅格、图像和多维表格等。此外,所谓的对象数据,则经常采用空间数据和属性数据并置的方式进行存储与管理。

对于二维数据(包括含高程的二维数据),这种组织方式已经在无数个实例验证了它的成功,因此对它的效率和可靠度毋庸置疑。

但是目前需要处理的海洋数据,是一种真三维的数据,那么空间数据如果用关系表组织的话,就多出很大的数据量,因为原先是二维空间结构的,现在需要在二维的基础上再叠加一维,如果数据关系表设计不周到,必然会造成数据的极大冗余。数据的文件式存储暂时也许会是个更好的选择,但是需要重新制定新的文件格式,以提高三维空间数据存放的效率。

图2.1 GIS系统中常用的数据组织和管理模型

与增加了第三维空间数据相比,海洋数据新增加的时间类型则要更加突出。这是因为,在常用的陆地GIS系统中,一般都不考虑或极少考虑到数据的时间变动问题,而在海洋数据中,这种情况恰好相反,时间不再作为一种属性数据的形式出现,而是成为完全并列于空间数据的重要类型之一,在多数时候,它的重要性不亚于任何一维的空间数据。

如图2.2所示,既然有了新的时间类型数据,必须给它赋予一个合理的重要位置,与空间数据的位置同等重要,或者至少也要比一般的属性数据更加重要。

同时,海洋数据的时间类型具有多种样式,类比于空间数据的存储格式,时间数据也有所谓的“矢量”、“栅格”、“图表”等,用更加标准的语言描述,应该是“时刻”、“时段”、“过程”等。时刻指精确到一定精度的时间节点,例如对于一般海洋常规调查的海流测量,精确到分钟的时间精度已经可以作为一个时刻出现。时段指一定时间区间内的所有结果,即具有一定的起始时刻和结束时刻,在这个时间区间中的数据都属于该时段。实际上,一个时段的平均结果或代表性效果,在更大的时间尺度上,可以作为时刻出现,例如以每月的水温测量平均值作为当月的代表,在全年的水温序列中,它仅仅是一个时间点而已。过程定义成时刻或者时段的序列。

用时间和空间做个类比:单个时刻的数据相当于空间“矢量”数据中的点;单个时段的数据相当于空间“栅格”数据中的一个像素;时刻(或时段)的不规则序列,相当于空间“矢量”数据中的线;如果时刻(或时段)的序列是规则间隔的,并且时刻序列间的时间空隙是可以忽略的,那么该过程就相当于空间数据中的“栅格”数据。仅有时间概念的话,无法组成面,因此这里没有“矢量”数据的面,所谓的“栅格”数据也只是指栅格线而已。

这样,就可以重新勾勒一下海洋数据的常用组织方法和管理模型的概念框架了(图2.2)。其中,空间数据已经被时空数据全面代替,需要处理的同时包含时间和空间的数据类型。关于时空拓扑的研究,目前并没有取得较大的进展,并且考虑到这种研究如果和具体的专业(如物理海洋学)结合,将专业理论、技术和方法融入到拓扑关系研究中,会更加合适。

图2.2海洋数据的时空组织和管理模型

海洋数据的属性数据,可以分为海洋要素数据和海洋现象数据两大类,前者是海洋调查的真实测量数据,后者则是理论抽象的数据。海洋要素经常是以场的形式出现的,海洋场表现为海洋要素的连续场分布,海洋场是海洋和海洋科学的基本特点。

而关于欧拉方式和拉格朗日方式是物理海洋科学研究中的两种基本表达方式。在海洋地理信息系统中,这两种方式对于解决海洋数据,更重要的是海洋现象(如海流)的问题,具有非常重要的启发意义。其中,欧拉方式更多的是体现了一种欧拉场的表达方式,在空间场的范畴下建立海洋要素场,从而进一步揭示更多的海洋现象。例如,海洋水团的研究,则主要是从海洋要素场入手来分析水团的生消变化。在海洋地理信息系统中,这样的海洋现象应该更容易用欧拉方式来表达。而拉格朗日方式则有所不同,在拉格朗日表达方式中,场的概念被弱化了,但是海洋现象的空间位置变动成为一种更易于表现。例如,海流可以用欧拉方式表达为流场,但是持续的海流更应该用拉格朗日方式来表达,拉格朗日方式的海流在更多的时候更能体现海流研究中的很多精华,起到欧拉方式所难以达到的表达效果。

如前所述,所谓海洋现象,是指在对海洋场的分析和研究基础上,物理要素的特殊空间和时间分布规律的总称。一种海洋现象,外在表现上必然对应着某个或某些物理要素的特殊分布。所以,海洋动力学现象是其中的重点。某些海洋现象,其本身或许不发生明显的动力学变化,但是动力学的变化却必然影响和制约着其随后的发展变化。所以说,海洋动力学现象是海洋要素场的重点。

显然,海洋要素场和海洋现象概念既有联系,又有区别,经常需要在对象与场之间进行概念切换。它们的关系主要体现在:海洋场是海洋科学研究的基本对象,海洋现象相对于海洋场来说,实际上是海洋场的特征表达和概念提炼。从数学的空间变换角度看,对应着场域到局部域的变换。从对象视图到场视图的转换或逆过程,可以用特征函数(对象到场)或反函数(场到对象)建立。但是有时海洋现象也有其特殊性,不能仅仅用这种变换就能够完全解决问题。例如,基于拉格朗日描述方法的海洋现象就是另外一种思路。所以,海洋场的表达目前基本上只局限于欧拉方式下,对于基于拉格朗日的海洋现象的表达需要采用新的表达方法,如采用时空“矢量”方式来处理。

基于拉格朗日描述的海洋动力学,它在监测和预报海洋环境污染方面的特殊地位,因此一直受到广泛重视。例如,海域内污染物质(如油膜)的漂移可以认为是一种拉格朗日形式的运动。简单地说,海水的流线场才真正代表了污染物质的运动特征,海水的运动轨迹场才真正代表了污染物质可能造成的危害。认识到这一点,就可以发现它在应用层次上所具有的特殊意义。

如上所述,海洋数据有时也称为海洋时空数据,它具有三个基本特征,即时间、空间和属性特征。这也是地理信息系统处理地理空间数据的一般方法。

相比于一般地理数据,海洋数据的时间特性和空间三维特性使得海洋地理信息时刻面对时空数据的复杂性问题,尤其是海洋数据的组织、存储和管理,如何对时间和空间重新组合,从而在原有的二维空间图层的概念上增加新的数据类型是一个重要的基本问题。

海洋时空数据除了在数量上具有大小的概念之外,在时空尺度问题上也遵循海洋科学固有的规律,因此时空数据具有自身的尺度问题和多层次问题。

海洋要素数据的表达可以通过增加时间—空间组合的方式进行表达,但海洋现象本身还涉及海洋科学研究对海洋现象的定量化刻画问题,对此,涉及海洋地理信息系统的完整化,需要对海洋现象的基本涵义做出定量的解释,进而构建它的时空表达方式。

二、时空交集是什么意思要隔离吗

时间和空间的交集,其实就是时间和空间的相伴。

1.时空交汇”与“时空伴随”概念相同,是指14天内与确诊患者在同一时空网格内(通常以800 m× 800 m为检测范围)共同停留10分钟的人。

2.通俗地说,比如一个感染者在14天内去过某地,而你的14天轨迹与他有过交叉,无论是物理上的擦过,还是通讯信号上的漂移,都有可能被认定为时空伴侣。

三、大陆漂移说的遭遇及其支持者的奋进有哪些

1、由于占有统治地位的传统固定论的根深蒂固和新学说在立论上的弱点(力源问题),也遭遇到十分强烈的反对,像当时英国著名地球物理学家杰弗瑞斯(H.Jeffreys,1891—?年)等,从物理学、力学上的否定,使新学说受到严重的阻力和挫折。

2、1926年由美国石油地质学家协会(AAPG)主持,在纽约召开了专门关于大陆漂移学说的国际研讨会。14个发言人中仅有5人支持新学说,他们是泰勒、乔利、休斯等,两人持保留意见。会上,新学说遭受到激烈的攻击。

3、20世纪30年代,特别是魏格纳1930年逝世后,大陆漂移学说基本上被扼杀,几乎到了销声匿迹的地步。更有甚者,美国曾宣称,若有学者讲授大陆漂移理论者,将有被解聘的危险。可以说新理论出现以失败而告终的危机。

4、当时仅有在南半球和非洲工作的少数地质学家们坚守阵地,默默地进行论证与探求工作,诸如托伊特(A.Dutoit,1878—1948年)曾发表《我们漂荡的大陆》,英国的乔利(J.Joly,1857—1933年)提出热循环理论来探索大陆漂移的原动力,支持大陆漂移学说。他们在南半球工作实践中,从南半球各大陆石炭纪、二叠纪冰川遗迹和冈瓦纳岩系的相似性和连续性,不断地论证大陆漂移理论,诸如:乔利1925年提出大地构造的放射性旋回说,试图用地壳中放射的聚集地壳运动的周期性来解释力源问题。

5、这一时期,值得提及的还有1898—1928年英国学者米尔恩(1850—1913年)《地震与地球运动》;美国学者戴利(1871—1957年)于1923年发表《地壳及其稳定》、《动荡的地球》(1926年)、《地应力和地球构造》(1940年),美国学者布克(1888—1965年)于1933年发表《地壳变形》及《地球表面地貌成因模式理论》等。

6、20世纪40年代,新兴的大陆漂移学说,虽然遭到了传统垂直运动的固定论的顽固抵制,学坛上的一次学术“挑战”遭到暂时的挫折,仍从地球科学认识论发展过程,作为一种新的学术思潮,确给人们留下了深刻的启迪。许多地质学家仍然默默地、艰苦地为探求大陆漂移力源难题,以各种不同形式加以论证(包括引述早期的理论和学说),对构造地质学理论更加深化。

7、(1)引述奥地利地质学家休斯(E.Suess,1831—1914年),在论及地壳收缩说时认为,当地球冷缩时引起地壳侧向挤压,刚性地块很少形变,柔性地带因受刚性的地块挤压而褶皱成山脉。

8、(2)20世纪30年代中期,希尔根伯格(Hilgenberg)为了解释地壳的拉伸构造现象,诸如全球裂谷系、盆岭构造,提出用地球内部膨胀来解释大陆漂移力源问题,后又为埃吉德(L.Egyed)运用古地理方法来重建大陆漂移前的格局。此外,卡瑞(S.W.Carey)也试图用地球膨胀说来论证大陆拼合问题。

9、(3)1933年美国学者布契尔(W.H.Bucher)提出了一新的学说——地壳脉动说(Pulsation Hyothesis theory),试图把地球收缩与膨胀两个对立观点加以统一,来解释收缩说与膨胀说两个学说不能自圆其说的地质现象。他认为地球的发展既有收缩现象,也有膨胀现象,并呈周期性交替发展。1943年施奈德罗夫(A.T.Shneiderov)试图用地球脉动说来解释全球大地构造的发展,认为地球急剧膨胀使地壳引张而形成大洋,缓慢收缩使地球挤压而形成山脉,每次收缩都比上次膨胀幅度小,地球就是在这种脉动中变化与发展。这个理论虽然认识到了地球的收缩与膨胀,反映了事物及其运行形式的两个相对峙的矛盾,但难以解释地球发展和变化的基本原理,从科学性上受到了严峻的检验,认为这个理论没有充分认识到地球本身是一个庞大的、多壳层的、多结构、非均一的一个自然综合体,还具有时空幅度大、不可逆性、特别复杂的特点。

10、(4)霍姆斯(A.Holmers,1840—1965年),为解释大陆漂移的机制和原动力一直不懈努力,1931年提出了地幔对流理论(Convection Current hypothesis),推测在地核与地幔中发生有物质对流现象,认为对流发生在有强温梯度的流体之中。基本概念是:两股方向相反的平流,经一定流程而与另一对流圈的反向平流相遇,这时它们又一起转为下降流,回到地幔深处,形成一个封闭的循环体系。在上升流分为两股方向相反的平流地方,产生隆起和岩浆活动,地壳因受张力作用发生大断裂和大规模的水平运动,海底不断扩张,大陆地块也因此分裂向两边漂移。假说提出后,引起多数地质学家的质疑和否定,主要有英国的杰弗里斯(H.Jeffreys)和苏联学者别洛乌索夫(B.B.Бeлоусов)的有理有据的反驳。但,这个假说启迪人们从地球内部物质运动的规律来寻求地壳运动的原因,为后来大陆漂移学说的复活和板块构造理论提供了驱动机制的理论基础。

11、大陆漂移学说表面上虽趋销声匿迹,但作为一种地球观却吸引着许多学者们的追求与探索。从以上所列也表明这个时期内假说繁多,学派林立,相互对峙,彼此论争,总是新理论代替旧概念,又为更新学说所取代、所统一。正像恩格斯所指:显示出“全部地质学是一个否定了的否定系列”。

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