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1998~2015年“一带一路”地区逐月干旱时空分布数据集

责编:

一、对数据集的意见

1、论文“数据库(集)基本信息简介”的“数据库(集)组成”里面介绍数据集共包含216个文件,应该是指ScienceDB三个文件里面的“Dataset.rar”文件,请作者在此处说明一下; 2、论文中“数据库(集)组成”介绍包含216个“TIFF”格式的文件,应该是“TIF”格式的,请作者修改下; 3、论文中“数据库(集)基本信息简介”的“地理区域”多一个“)”,请作者删除。

二、对论文的意见

  1. 论文中与数据集基本信息表中的国家数量不一致,请确认。
  2. 英文摘要部分有改动,请确认是否正确。
  3. 第1.2节中:① “正确方位的TRMM影像数据”这一说法是否妥当? ② “时间序列降水数据”语序对吗?请确认。
  4. 第1.3节中“格网”是否应同前,统一为“网格”?
  5. 建议将图2中的英文改为中文。
  6. 图3和图4的小图较多,截图效果不太好,且图片中文字均为英文,建议考虑其他展示方式。
  7. 第3章中验证用的数据与本数据集时间段不完全匹配,请考虑是否稍作说明。
【2017-01-28】 评论来自:版本 1
专家: 建议如下:
1) 摘要中“TRMM 数据具有较高的真实性”,如果有指标性的数据则较好。
2)一带一路的65国家列表,目前可否有官方渠道标明为65个(也有不同说法,比如没有明确国家数目),如果没有明确的官方渠道,则建议修改为“一带一路”主要相关国家,这点建议做明确的查证。
【2017-01-28】 评论来自:版本 1
作者:

按照编辑部给出的数据和论文修改意见逐条修正,以下是修改说明:

一、对数据集的意见回复

1、论文“数据库(集)基本信息简介”的“数据库(集)组成”里面分别介绍了ScienceDB下面的数据文件;

2、论文中“数据库(集)组成”部分已把“TIFF”改为“TIF”;

3、论文中“数据库(集)基本信息简介”的“地理区域”部分多的“)”已删除。

二、对论文的意见回复

1、文中研究区范围包含61个国家,已在数据集基本信息表中做了改正;

2、统一编辑部对英文摘要部分的修改;

3、第1.2节中,①“正确方位的TRMM影像数据”已改为“初步校正TRMM影像数据”;② “时间序列降水数据” 已改为“降水时间序列数据”;

4、文中“格网”的说法已统一改为“网格”;

5、图2中的英文已改为中文;

6、图3改为中文大图显示,图4已删除;

7、第3章中因为气象站点的数据只有2013年(含)以前的,所以只做了1998~2013年的验证,在文中第3章有说明。

【2017-03-08】 评论来自:版本 1
责编委:

1、请作者确认是否进一步缩小样本选取规模;

2、数据质量控制和评估一章节中,是否将散点图和线性回归拟合图片以数据集的组成部分形式归档,仅在正文中表述与之对应的精度度量指标及其数据?

【2017-03-08】 评论来自:版本 1
责编:

责编委:

1、请作者确认是否进一步缩小样本选取规模;

2、数据质量控制和评估一章节中,是否将散点图和线性回归拟合图片以数据集的组成部分形式归档,仅在正文中表述与之对应的精度度量指标及其数据?

同评专家一:

建议修改后重审

论文出发点侧重在农业干旱的信息获取,但是其数据的范围同一带一路的关系的明显关联性描述不足,特别是其主要是TRMM降雨数据在欧亚范围内的子集,因此建议增强此部分的描述,并改进,

1)摘要部分撰写需要按照论文的制定要求,严格数据的来源、格式、时间等基本属性做介绍,并把数据的精度和应用范围等情况做一定的描述,使之成为描述数据的论文。

2)论文的获取降水算法的描述部分需要做详细的参考,或算法的独特性的说明,以此说明数据的价值和同行其他公开的数据(特别是美国发布数据)的异同以及其独特性。

3)参考文献比较弱,可否在科学意义和数据的前人工作方面多做描述,并且给出合适的参考文献。

同评专家二:

建议修改后接收

(1)由于空间分布图为英文,建议在文中给出干旱等级的英文,便于读者使用。

(2)从dataset中的数据上看,不是百分数(%),建议给出数据计量单位明确说明。

同评专家三意见为建议接收。

【2017-03-11】 评论来自:版本 1
作者:

针对责编委和同评专家的意见和建议,我对论文做了如下修改,并同时上传了修改后的版本和修改后并标红修改痕迹的版本,请您查收。

责编委:

(1)样本数据规模进一步缩小,只保留了1998年1月和7月份的干旱时空分布,其他均放在数据集中;

(2)数据质量评估一节正文中保留了TRMM数据真实性检验的结果表格及分析说明,散点图和线性回归拟合图片统一放到数据集中;

同评专家一:

(3)文中对数据的范围和“一带一路”的关系进行了说明,补充了研究区介绍,详见引言部分;

(4)摘要部分增加了对数据的来源、格式、时空范围、格式和精度等的说明;

(5)论文1.3节对降水距平百分率算法做了参考对比;

(6)增加了参考文献;

同评专家二:

(7)数据集中的空间分布图已全部改为中文制图;

(8)在文中数据集基本信息中数据及组成部分对数据集的数据值做了解释,量纲作了说明(每个网格的数据值为逐月降水量和平均月降水量的差值与平均月降水量的比值,无量纲)。

【2017-03-22】 评论来自:版本 1
作者:

结合编辑部和评审专家对论文的评审意见,主要对论文做了如下修改:

(1)在中英文摘要中对TRMM数据的真实性进行了定量化描述。(75%的TRMM数据和气象站点数据的拟合R2在0.7以上,数据整体具有较高的真实性。)

(2)关于“一带一路”建设目前是一个开放的范围,没有官方明确规定国家数量,本文参考了《“一带一路”机遇与挑战》、《“一带一路”大数据报告2016》等文献资料的说法,选用65国范围展开研究,在文中引言部分关于研究去描述中说明了65国为“一带一路”主要相关国家。

【2017-04-01】 评论来自:版本 1
责编:

经过二次同评,专家已无异议,请复审。

【2017-04-19】 评论来自:版本 2
责编:

根据编委投票结果,同意在本刊发表该文。

【2017-04-19】 评论来自:版本 2

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1998~2015年“一带一路”地区逐月干旱时空分布数据集

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1998~2015年“一带一路”地区逐月干旱时空分布数据集

作者发表的论文

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            数据来源:CSCD中国科学引文数据库

1998~2015年一带一路”地区逐月干旱时空分布数据集

柏永青1,2 ,王卷乐1,3*

1. 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,北京,100101;

2. 中国科学院大学,北京 100049;

3. 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心,南京 210023

*通讯作者(Email: wangjl@igsnrr.ac.cn)

摘要:干旱是人类社会长期面临的自然灾害之一,给各国国民经济,特别是农业生产带来了巨大的经济损失。“一带一路”地区处于全球主要干旱半干旱区和亚湿润生态脆弱带,准确把握该地区历史干旱发生的严重程度和干旱变化模式,可为该地区应对和减轻干旱损失提供决策支撑。本文利用热带测雨任务卫星TRMM 3B43降雨资料,基于降水距平百分率模型,计算出了“一带一路”地区61国1998~2015年逐月共216期干旱空间分布情况,数据为TIF格式,数据量为324 MB。经1998~2013年7月地面气象站点资料验证,75%的TRMM数据和气象站点数据的拟合R2在0.7以上,数据整体具有较高的真实性,为分析“一带一路”地区干旱的分布格局和动态变化提供了数据基础。

关键词:热带测雨任务卫星(TRMM);干旱时空分布;降水距平百分率;“一带一路”地区

Time and space distribution of monthly drought dataset in One Belt One Road area (1998 – 2015)

Bai Yongqing1, 2, Wang Juanle1, 3*

1. State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, P. R. China;

2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P. R. China;

3. Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023, P. R. China

*Email: wangjl@igsnrr.ac.cn

Abstract: Drought is one of the natural disasters that the human society has been facing over a long period of time. Drought has brought huge losses to national economic and agricultural production. One Belt One Road areas are primarily covered with arid and semi-arid zones and sub-humid ecological fragile zones. It is critical to acquire change patterns of drought for decision making strategy in risk relief and mitigation in the region. In this paper, the Tropical Rainfall Measuring Mission Satellite (TRMM) 3B43 precipitation data was used to calculate the spatio-temporal distribution of monthly drought in 216 months in One Belt One Road area from 1998 to 2015 based on the precipitation abnormity percentage model. The total 324 MB drought distributions are in TIF format, 75% of TRMM data samples were well fitted with the ground station point data (R2 > 0.7 ), which provided reliable basic input data for analyzing the distribution patterns and dynamic changes of drought in the region.

Keywords: Tropical Rainfall Measuring Mission Satellite (TRMM); time and space distribution of monthly drought; precipitation abnormity percentage; One Belt One Road (OBOR) area

数据库(集)基本信息简介

数据库(集)中文名称

1998~2015年“一带一路”地区逐月干旱时空分布数据集

数据库(集)英文名称

Time and space distribution of monthly drought dataset in One Belt One Road area (1998 – 2015)

数据作者

柏永青、王卷乐

通讯作者

王卷乐(wangjl@igsnrr.ac.cn)

数据时间范围

1998~2015年

地理区域

地理范围为10°55′48″S~50°00′00″N,12°23′53″E~155°24′17″E。涉及国家包括蒙古、俄罗斯、中国、新加坡、印度尼西亚、马来西亚、泰国、越南、菲律宾、柬埔寨、缅甸、老挝、文莱、东帝汶、印度、巴基斯坦、斯里兰卡、孟加拉国、尼泊尔、马尔代夫、不丹、阿联酋、科威特、土耳其、卡塔尔、阿曼、黎巴嫩、沙特阿拉伯、巴林、以色列、也门、埃及、伊朗、约旦、叙利亚、伊拉克、阿富汗、巴勒斯坦、阿塞拜疆、格鲁吉亚、亚美尼亚、波兰、阿尔巴尼亚、斯洛文尼亚、保加利亚、捷克、匈牙利、马其顿、塞尔维亚、罗马尼亚、斯洛伐克、克罗地亚、波黑、黑山、乌克兰、摩尔多瓦、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、土库曼斯坦、塔吉克斯坦、乌兹别克斯坦。

空间分辨率

0.25°

数据量

324 MB

数据格式

ArcGIS GRID

数据服务系统网址

http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/381

基金项目

中国工程院国际工程科技知识中心(IKCEST)项目,防灾减灾知识服务系统(CKCEST-2016-3-7);中国科学院特色研究所培育建设服务项目,依托大数据的突发性公共安全事件预警与决策模拟平台(TSYJS03)

数据库(集)组成

本数据集由3部分组成:

(1)“Dataset.rar”中包含了216个TIF格式的文件,表示基于TRMM数据的“一带一路”区域61国1998~2015月尺度干旱程度即降水距平百分率的空间分布,每个网格的数据值为逐月降水量和平均月降水量的差值与平均月降水量的比值,无量纲,数据命名规则为YYYYMM.tif,总数据量为324 MB,压缩后为39.42 MB;

(2)“Drought Map(1998–2006).rar”和“Drought Map(2007–2015).rar”中分别包含了1998~2006年和2007~2015年“一带一路”地区逐月干旱时空分布图,命名规则为YYYYMM.jpg,数据量分别为157.47 MB和161.22 MB;

(3)“TRMM数据真实性检验结果.rar”中包含了1998~2013年7月以中国大陆地区的气象站点资料作为真实值对TRMM降水数据有效性检验的散点图和线性回归拟合图片,命名规则为YYYY07.jpg,共16个文件,数据量为2.29 MB。

引  言

干旱以其发生频率高、持续时间长、影响范围广、伴随灾害多等特点,长久以来给各国国民经济特别是农业生产带来了巨大的经济损失[1-3]。由于人类活动导致的全球变暖不断加剧,使得干旱发生更加频繁,从而影响农、林、牧、副、渔业的发展,加剧草场退化和土地荒漠化的程度[4]。“一带一路”地区处于全球主要干旱半干旱区和亚湿润生态脆弱带,且沿线国家多为农业大国。频繁的气象灾害尤其是干旱,对各国农业生产带来了严重影响。准确把握“一带一路”沿线地区干旱的长时间序列时空分布可为该地区应对和减轻干旱损失提供决策支撑,服务全球防灾减灾项目的实施。

结合有关文献资料[5-7]对参与“一带一路”建设的国家范围的论述,本文选择“一带一路”主要相关的65国范围(含中国)开展研究(表1)。65国横跨亚、欧、非三个大洲,总陆地面积6293.56万平方公里,包括亚洲45国、中东欧19国和北非的埃及。利用ArcGIS中的Extract by Mask工具,用“一带一路”地区65国矢量边界对遥感影像进行掩膜提取,得到50°N以南61国(不包含爱沙尼亚、立陶宛、拉脱维亚和白俄罗斯,其中蒙古、俄罗斯、中国、波兰、捷克、乌克兰和哈萨克斯坦7个国家只包含部分国土)1998~2015年逐月降水数据。以下研究均面向61国区域展开。

表1  65个相关国家及所属区域

所属区域

国家

国家数量

东北亚

蒙古、俄罗斯、中国

3

东南亚

新加坡、印度尼西亚、马来西亚、泰国、越南、菲律宾、柬埔寨、缅甸、老挝、文莱、东帝汶

11

南亚

印度、巴基斯坦、斯里兰卡、孟加拉国、尼泊尔、马尔代夫、不丹

7

西亚北非

阿联酋、科威特、土耳其、卡塔尔、阿曼、黎巴嫩、沙特阿拉伯、巴林、以色列、也门、埃及、伊朗、约旦、叙利亚、伊拉克、阿富汗、巴勒斯坦、阿塞拜疆、格鲁吉亚、亚美尼亚

20

中东欧

波兰、阿尔巴尼亚、斯洛文尼亚、保加利亚、捷克、匈牙利、马其顿、塞尔维亚、罗马尼亚、斯洛伐克、克罗地亚、波黑、黑山、乌克兰、摩尔多瓦、爱沙尼亚、立陶宛、拉脱维亚、白俄罗斯

19

中亚

哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、土库曼斯坦、塔吉克斯坦、乌兹别克斯坦

5

数据采集和处理方法

1.1  基础数据

本文选取热带降雨测量卫星(TRMM)3B43数据研究降水因素带来的气象干旱时空分布。TRMM 3B43资料序列是由TRMM 3B42数据产品、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)气候预测中心气候异常监测系统(CAMS)的全球格点雨量测量器资料、全球降水气候中心(GPCC)的全球降水资料合成的覆盖南北纬50°之间逐月平均的全球格点化数据集(资料等级:Level3;版本号:Version 6)[8]

通过wget工具在戈达德地球科学资料和信息服务中心(http://mirador.gsfc.nasa.gov/)网站下载获取到的TRMM影像数据共216幅,共计1.04 GB,时间范围从1998年1月到2015年12月,数据格式为HDF,空间分辨率为0.25°×0.25°,全球包含1440×400个网格,网格对应的降雨量值为网格内的平均值,单位为mm/hr。

1.2  数据处理

原始的TRMM影像数据在ENVI中显示为一个竖状的条带,无空间参考。结合数据说明文档,利用Matlab进行图像校正。首先围绕图像中心逆时针旋转90度,然后上下翻转,得到初步校正TRMM影像数据。已知左上角第一个格子中心的纬度为49.875°N,经度为179.875°W,右下角最后一个格子中心的纬度为49.875°S,经度为179.875°E,利用Matlab中的georasterref函数进行配准,赋给每个格子正确的经纬度值,然后输出为TIF格式(图1)。TRMM降水数据的统计单位为mm/hr,为了表征月时间尺度下的降雨及干旱,利用Matlab对校正后的数据进行汇总,得到逐月降水数据。图2给出了1998年1月TRMM降水数据分布,同时也是本文遥感数据覆盖的研究区范围。

图1  校正后的TRMM降雨数据

图2  19981“一带一路”地区降雨量分布

1.3 降水距平百分率

降水距平百分率(\({ P }_{ a }\))是表征某时段降水量较常年偏多或偏少的指标之一,适用于半湿润、半干旱地区平均气温高于10℃的时段[9]。对比以往干旱监测模型,降水距平百分率模型计算简单,且能直观准确地反映降水异常引起的干旱,适合于大区域的长时间序列业务化监测,具有服务农业干旱宏观监测的应用前景[10-13]。表2给出了降水距平百分率干旱等级参考。

表2  降水距平百分率干旱等级

等级

类型

降水距平百分比(%)

月尺度

季尺度

年尺度

1

无旱

−40 < Pa

−25 < Pa

−15 < Pa

2

轻旱

−60 < Pa ≤ −40

−50 < Pa ≤ −25

−30 < Pa ≤ −15

3

中旱

−80 < Pa ≤ −60

−70 < Pa≤ −50

−40 < Pa≤ −30

4

重旱

−95 < Pa≤ −80

−80 < Pa ≤ −70

−45 < Pa ≤ −40

5

特旱

Pa ≤ −95

Pa ≤ −80

Pa ≤ −45

某时段降水距平百分率(\({ P }_{ a }\) )的计算方式如公式(1)所示[9]

式中:P 为某时段降水量,单位为毫米(mm); \(\overline { P } \) 为计算时段同期气候平均降水量,单位为毫米(mm),计算方式如公式(2)所示。

式中:n为待求平均降雨量的月份数量,i = 1,2,…,n

根据以上降水距平百分率的计算方式,依次求取每个网格对应的1998~2015年共216个月份降雨量的平均值,然后以网格为单位分别计算每月降雨量与平均月降雨量的差值,再用差值和平均月降雨量做比值得到降水距平百分率。

数据样本描述

通过计算得到“一带一路”地区降水距平百分率分布图,按照表1给出的月尺度干旱等级划分标准,利用ArcGIS空间分析工具集中的Reclassify工具进行降水距平百分率(\({ P }_{ a }\))的重分类,用特旱、重旱、中旱、轻旱和无旱5个等级来描述“一带一路”地区的干旱分布。图3展示了1998年1月和7月研究区的干旱时空分布。

(a)

(b)

图3  19981月和7“一带一路”地区干旱序列图

数据质量控制和评估

因所获取到的气象站点观测资料时间范围的限制,本文以1998~2013年7月中国大陆地区的气象站点资料作为真实值对TRMM观测降水数据的有效性进行检验。通过在ArcGIS中叠加研究区TRMM数据和气象站点降雨数据,利用ArcToolbox中的Extract Value to Points工具提取每个气象站点对应的遥感降雨数据,以气象站观测的月降水量值作为自变量,与其对应位置的TRMM各网格内的平均月降水量值作为因变量,在SPSS中对两组降雨量值进行线性回归分析,得到气象站点监测数据和遥感监测数据的回归判定系数R2和概率值。1998~2013年7月TRMM数据真实性分析的散点图和线性回归方程如数据集中的TRMM数据真实性检验结果所示。

从1998~2013年7月份TRMM降水数据有效性验证结果(表3)可以看出,受二者空间尺度差异的影响,TRMM与地面站点观测的月降水量存在一定的偏差,但二者总体上有明显的线性相关性,降雨量值一致性较高,可以用于“一带一路”地区大尺度的干旱时空分布研究。

表3  199820137月份TRMM降水数据有效性验证结果

年份

站点数量(个)

直线斜率

R2

1998

780

0.737

0.7222

1999

781

0.8014

0.7837

2000

780

0.813

0.7725

2001

781

0.7892

0.7983

2002

781

0.78

0.7513

2003

783

0.7971

0.7472

2004

782

0.7216

0.7481

2005

785

0.7284

0.6877

2006

785

0.7947

0.7396

2007

785

0.7841

0.7287

2008

786

0.7902

0.7018

2009

786

0.7338

0.6776

2010

786

0.7142

0.7014

2011

785

0.6862

0.6306

2012

785

0.6357

0.6031

2013

785

0.7271

0.7164

数据价值

本数据集包含了“一带一路”地区61国1998~2015年逐月干旱空间分布,数据资料来源可靠,通过程序批量计算输出,保证了较高的数据质量,给“一带一路”地区干旱的时空分布格局和态势分析提供了数据基础。

致  谢

本数据得到中国气象科学数据共享网的数据支持,在此表示衷心感谢。

数据作者分工职责

柏永青(1992—),男,甘肃平凉人,硕士研究生,研究方向为农业信息化。主要承担工作:基础数据处理、干旱时空分布计算及论文撰写。

王卷乐(1976—),男,河南洛阳人,博士,研究员,研究方向为地球系统科学数据共享、GIS和遥感应用。主要承担工作:总体方案设计和技术指导。

参考文献

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[3] 孙智辉, 王治亮, 曹雪梅, 等. 3种干旱指标在陕西黄土高原的应用对比分析[J]. 中国农学通报, 2014 (20): 308–315.

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[5] 王义桅. “一带一路” 机遇与挑战[M]. 北京: 人民出版社, 2015.

[6] 刘卫东. “一带一路”战略的科学内涵与科学问题[J]. 地理科学进展, 2015, 34(5): 538–544.

[7] 国家信息中心一带一路大数据中心. “一带一路”大数据报告(2016)[M]. 北京: 商务印书馆, 2016.

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论文引用格式

柏永青, 王卷乐. 1998~2015年“一带一路”地区逐月干旱时空分布数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2017, 2(3). DOI: 10.11922/csdata.170.2017.0130.

数据引用格式

柏永青, 王卷乐. 1998~2015年“一带一路”地区逐月干旱时空分布数据集 [DB/OL]. Science Data Bank, 2017. DOI: 10.11922/sciencedb.381.

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