美国大陆尺度的国家生态观测站网络计划启动

2011-9-21 09:35 来源: 中国科学院
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  经过多年的商讨和争论,美国的大陆尺度生态网络计划终于启动了,它将全面监测整个美国的环境变化,从根本上改变传统的小规模、地域性研究方式,形成陆地领域的群体合作。研究人员对此表示,生态领域的大数据时代已经来临。

  大陆尺度的生态观测站网络

  美国国家生态观测站网络(NEON)由美国国家科学基金会(NSF)在2000年提出建立,是一个集研究、观测、试验和综合分析为一体的全国性网络平台,研究从区域到大陆尺度的重要生态环境问题。它由20个“核心”观测站组成,这些核心站各自代表了全美不同的生态区,其数据来自流动观测站。这些流动观测站有专门配备的仪器和研究员,可根据采集数据的需要迁往不同的地点,并将在今后的至少30年里大范围地收集环境数据。

  2003年到2004年间,美国国家科学院国家研究委员会地球与生命研究部委派专家对国家生态观测站网络的原设计和建设方案进行了评估,提出了一些重大修改意见。新方案建议该网络应重点关注生物多样性、物种组成与生态系统功能、生物地球化学循环的生态学影响、气候变化的生态学内涵、传染病的生态学和演化、入侵物种以及土地利用和栖息地的丧失这6个当前面临的最严峻的环境挑战。

  国家生态观测站网络将为科学家们带来一个巨大的资料库,帮助解决诸如全球变暖、环境污染和土地使用动态情况等影响整个国家生态系统的问题。“国家生态观测站网络旨在从整个大陆的尺度研究生物学,而不是某个特定区域的生物学。”该项目首席科学家大卫·斯凯默说。

  大量数据的挑战

  按照今年8月4日发布的计划草案,国家生态观测站网络将在长期内收集大陆尺度内的气象、土地利用和外来入侵物种数据,这些指标对生物多样性、生物地化、水循环、传染病传播有着重要影响,是生态系统变化的驱动力。科学家们可从中获取需要的统计数据,以研究生态平衡转化中的各种细微变化趋势。

  基于这一目标,该项目的重点并非区域调查,所有数据都要能为更大尺度的网络研究服务。“如何把各个大区的数据整合成一个协调一致的系统,这仍是项目中的难题。”美国国家科学基金会生物科学部领导、亚利桑那大学生态学家詹姆斯·柯林说,他曾在2005年到2009年之间帮助筹备该计划。

  整个网络约有15000个传感器,从基本的气象读数,到空气中的臭氧浓度,再到土壤、树叶及河流中的含氮量,收集数据约分为500个大类;科学家还将采集上万份样本,包括土壤、水、植物以及小型哺乳动物在内;同时,空间观测站也将从更大尺度分析大范围的情况,包括土地利用趋势、树叶中的化学成分和碳储量,卫星数据将覆盖整个大陆。

  争议中的起步

  经过10多年的准备,国家生态观测站网络已经花费了8000多万美元用于整个网络的设计和仪器设备的开发,并设置了140人的岗位,包括60名科学家和工程师,同时还将成立独立的公司来运行。美国国家科学基金会将为下个10年拨款4.34亿美元,而最近几个财年的款项1250万美元最快可能今年启动,用于准备工作和建筑设施。

  据斯凯默介绍,国家生态观测站网络预计从科罗拉多基地开始观测并逐步扩展,明年就能得到第一批数据,这些数据通过安装在高空塔楼、河流及地下土壤里的传感器获得。希望到2016年,这些涓涓细流能够汇成数据洪流,以保证项目充分展开。

  过去多年来,该项目一直受到各方质疑。哈佛大学大气化学家斯蒂文·沃夫西是哈佛大学森林生态研究中心碳研究方面的先驱,他担忧的是国家生态观测站网络可能会带来大量毫无价值的数据。虽然国家生态观测站网络承诺用数据为科学研究打开新天地,但那些数据不一定是科学家们所需要的。

  国家生态观测站网络热带生态区领导、生态学家珊迪·安德尔曼认为,庞大的网络将产生大量的新数据,现在的环境科学家可能不太会利用这些数据。组织、处理、分析这些数据并从中得出实际的意义将是一个重大挑战。

  尽管沃夫西对如此大规模的科学项目仍持保留意见,但他也称赞国家生态观测站网络能让包括他自己在内的许多持鲜明反对意见的科学家作为该项目的科学顾问成员,共同面对各种困难,并有助于集中发现科学上的问题,这些问题都是未来几十年中所要解决的。沃夫西说:“要解决这些问题,科学家必须要学习如何利用这些数据。如果他们成功了,将给解决宏观生态问题带来实际作用。”