Ocean data visualization software (ODV and JOA) and new applications in marine geochemical studies
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摘要:
气候和生物地球化学循环作为海洋科学研究的重要领域，充分利用和深入挖掘海洋地球化学数据的需求日益增长。由于对海洋大规模直接观测难度较高，且海洋内部结构复杂、相互作用过程多样，通过研究数据解译海洋地球化学过程机制和海洋在生物地球化学循环中的作用往往需要对多种海洋物理和化学参数进行协同分析。海洋数据可视化软件作为高质量呈现数据视图的媒介，具备分析、处理、可视化数据的强大功能，可作为直观研究海洋学数据的有力工具。目前，国内关于海洋数据可视化软件的介绍多侧重原理，缺乏关于具体操作方面的指导。本文详细介绍了Ocean Data View（ODV）和Java OceanAtlas（JOA）的基本操作及数据可视化流程，对断面图、平面图、瀑布图等多类图式的绘制和数据分析方法进行说明，并对比这两种软件的差别；通过实例介绍ODV的开发功能在处理和可视化数据方面的优势及其在海洋地球化学等研究领域的具体应用，以期为海洋地球化学领域的科研人员提供参考和帮助。
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关键词:
- 数据可视化 /
- Ocean Data View /
- Java OceanAtlas /
- 海洋地球化学
Abstract:Climate and biogeochemical cycle are important issues in marine sciences research fields, and the demand for fully utilizing and deeply mining marine geochemical data is growing.The internal structure of the ocean is complex and the interaction processes are diverse. The study of the internal mechanism and biogeochemical cycle of the ocean usually requires collaborative analysis of various marine physical and chemical parameters. Therefore, ocean data visualization software becomes more and more important. At present, there are few Chinese guides on the use of ocean data visualization software. Detailed description of operation level is required. Here we outline the basic functions of two data visualization softwares: Ocean Data View (ODV) and Java OceanAtlas (JOA), and provide a detailed practical guide on the production of map, section, surface, scatter, station and waterfall for the visualization, with a comparison of the differences between the two software. We also give examples of some new applications of ODV within the broad field of marine geochemistry.
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Key words:
- data visualization /
- Ocean Data View /
- Java OceanAtlas /
- marine geochemistry
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数据库 网址 类型 数据格式 中国Argo实时资料中心 http://www.argo.org.cn/ 观测数据 .nc、.mat GEOTRACES数据集 https://www.geotraces.org/ 观测数据 .nc、.odv TOGA-COARE数据 https://www.eol.ucar.edu/field_projects/toga-coare 观测数据 .mat CLIVAR数据集 https://www.clivar.org/resources/data 观测数据 .odv GLODAP数据库 https://www.glodap.info/index.php/data-access/ 观测数据 .odv ETOPO 地形水深数据 https://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html 地形数据 .nc 全球海陆数据库 https://www.gebco.net/ 综合数据 .nc 海洋大气综合数据集 https://icoads.noaa.gov/ 综合数据 .nc 世界海洋数据库和地图集 https://www.nodc.noaa.gov/OC5/indprod.html 综合数据 .nc 极地海洋共享运行服务中心平台 http://ocean.chinare.org.cn/ 综合数据 .nc AVISO卫星高度计资料 https://www.aviso.altimetry.fr/en/home.html 观测数据 .nc NCEP/NCAR 再分析资料 https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html 再分析数据 .nc FIOCOM海洋再分析数据 http://fiocom.fio.org.cn/ 再分析数据 .nc 欧洲太空局 http://www.esa.int/ESA 综合数据 .nc 美国夏威夷大学亚洲-太平洋数据研究中心 http://apdrc.soest.hawaii.edu/ 综合数据 .nc 
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导入方式 ODV文件 Argo GOSUD GTSPP Meda-tlas CNV文件 SeaDat-aNet WOD WOCE 直接导入 √ √ √ √ √ √ √ √ √ File＞Open √ - - - - - - - - 拖拽文件 √ - - - - √ - - √ 文件命令 √ √ √ √ √ - - √ - 注：Argo数据包括Argo水文、轨迹数据；GOSUD（Global Temperature-Salinity Underway Data）为全球温盐观测数据；GTSPP（Global Temperature-Salinity Profile Program）为全球温盐剖面计划；Medatlas为地中海黑海图集数据；WOD（World Ocean Database）为世界海洋数据库；WOCE（World Ocean Circulation Experiment）为世界大洋环流计划。
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窗口 命令 对应操作 主菜单 View-Undo/Redo 恢复初始视图/返回上一步 View-Derived Variables 查看编辑衍生参数 View-Isosurface Variables 查看编辑等值面参数 View-Station Filter 测站筛选 View-Window properties 改变窗口属性 View-Layout Templates 改变布局模式 View-Settings 改变视图属性 箭头功能键 返回 背景弹出菜单 Redraw 恢复初始图像 Window Layout 启动窗口布局 Window Properties-Map 地图属性（投影、底图等） Window Properties-Window 除地图外的图像属性（等值线、网格插值等） Full Range All Windows 全视图应用于所有窗口 Sample Filter All Windows 数据筛选应用于所有窗口 Add Graphics Object（from File） 添加图形对象 Manage Graphics Object 管理图标 地图弹出菜单 （Auto Zoom-in/out）Zoom 缩放 Full/Valid Domain 缩放至数据全/有效范围 Global Map 生成标准全球地图 Station Filter 筛选测站 Manage Station Pick List 管理所选测站 Manage Section 管理断面 Current Station by 显示当前测站信息 数据图弹出菜单 Save Plot as 保存图像 Move to Foreground/ Background 移至前景/后景 Set Ranges 设置范围 Sample Filters 筛选样品数据 Properties-Display Style 改变显示方式（数据点、网格法等） Properties-Contours 设置等值线 Properties-Color Mapping 设置颜色栏
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表 4 JOA主要数据库来源
Table 4. Primary Database Sources of JOA
数据库 来源 数据类型 JOA综合数据集 https://joa.ucsd.edu/Data_homepage/ 可编辑 海洋剖面数据图集 http://podaac.jpl.nasa.gov/order/order_displaytools.html 不可编辑 WOCE 数据集 http://whpo.ucsd.edu/ 不可编辑 深海连续观测项目数据集（OceanSITES） http://www.oceansites.org/data/index.html 不可编辑 注：与ODV重合数据库未列在该表中。
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表 5 JOA数据及图像编辑命令
Table 5. Data and image editing commands of JOA
操作目标 菜单位置 命令 数据查看 Properties-Observation Browser 查看当前参数数据 数据筛选-测站筛选 Filter-Station 主菜单-形状功能键 选框/设定经纬度范围、参数、时间等筛选测站 数据筛选-全数据集参数筛选 Filter-Observation 选择所需数据范围 数据混合-单视图参数筛选 Properties-Advanced 选择所需数据范围 数据混合-添加其他数据 File-Merge 混合相同属性数据 数据更改计算-数据编辑 Edit-File Properties 更改测站标识等属性 Edit-Parameter Properties 更改参数单位等属性 数据更改计算-数据计算 Calculations 计算所需参数 可视化属性更改-地图配置 Properties-Configure Map Plot 更改地图投影方式、地形设置底图、测站颜色、添加等值线等 可视化属性更改-属性-属性图/线图配置 Properties-Basic 改变测站显示范围、色标、底图等 Properties-Advanced 改变坐标轴属性 可视化属性更改-等深线图配置 Properties 改变色条、标记等 剖面文件属性更改-剖面可视化配置 Edit-File Manager 剖面拼接等操作 图件编辑-全视图图件配置 Edit-Preference 改变字体、标志等 色条编辑-全视图色条配置 Resources-Contour Manager 新建并自定义色条等 netCDF编辑-遥感影像文件配置 主菜单-Show NDeditor 测站筛选、坐标轴转换等
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表 6 ODV和JOA的区别
Table 6. The differences between ODV and JOA
主要区别 ODV JOA 无效数据值 −999 −99 默认视图 地图模式 剖面模式 需预设属性 否 是 X-Y属性图 X-Y单参数对应 X（可多参数）-Y 进行缩放操作 更改原始视图 弹出新视图 数据信息 文本窗口直接显示 调用浏览窗口 成图分辨率 0～499 dpi 0～300 dpi 测站基本信息 不可直接编辑 可直接编辑 测站数据 可逐一修改 可批量修改 色条编辑 固定色条 支持自定义 netCDF遥感文件 只读 可编辑EPIC文件 三维视图 可支持三维动画 不支持 注：以软件默认数据格式.odv/.joa为例。
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图(11)
表(6)
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