2013–2018神农架地区气溶胶光学厚度数据集

2013–2018神农架地区气溶胶光学厚度数据集
作者：兰天元　徐文婷　申国珍　赵常明　葛结林　熊高明　谢宗强
2019年10月7日

本作品收录于《中国科学数据》

兰天元, 徐文婷, 申国珍, 等. 2013–2018神农架地区气溶胶光学厚度数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2019. (2019-10-07). DOI: 10.11922/csdata.2019.0046.zh.

摘要&关键词

摘要：大气气溶胶是大气的重要组成部分，气溶胶光学厚度是大气气溶胶的重要性质，神农架地区是重要的森林生态系统和气溶胶研究热点区域。湖北神农架森林生态系统国家野外科学观测研究站暨中国科学院神农架生物多样性定位研究站（简称神农架站），位于神农架地区，对神农架地区的气溶胶光学厚度展开了长期定位监测。本数据集收集、整理了神农架站2013-2018年气溶胶光学厚度数据。本数据集可为神农架地区森林生态系统的气溶胶变化规律研究和气溶胶光学厚度时空动态的遥感反演和模型建立提供参考。

关键词：大气气溶胶；气溶胶光学厚度；神农架；定位监测

Abstract & Keywords

Abstract: Atmospheric aerosol is an important component of the atmosphere, aerosol optical depth is an important parameter of atmospheric aerosol, and Shennongjia area is an important forest ecosystem and aerosol research hotspot. National Field Station for Forest Ecosystem in Shennongjia, Hubei (Shennongjia Station) is located in Shennongjia area. Shennongjia Station monitored aerosol optical depth for a long time. This dataset collects the aerosol optical depth data of Shennongjia Station from 2013 to 2018, as well as related weather records. This dataset can be used as a reference for the study of aerosol variation regularity of forest ecosystem in Shennongjia area and the remote sensing inversion and model establishment of aerosol optical depth temporal and spatial dynamics.

Keywords: atmospheric aerosol; aerosol optical depth; shennongjia; location monitoring

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称	2013–2018神农架地区气溶胶光学厚度数据集
数据作者	兰天元，徐文婷，申国珍，赵常明，葛结林，熊高明，谢宗强
数据通信作者	谢宗强（xie@ibcas.ac.cn）
数据时间范围	2013~2018年
地理区域	湖北神农架森林生态系统国家野外科学观测研究站暨中国科学院神农架生物多样性定位研究站，站区位于鄂西神农架地区（东经109°29′34.8″–111°56′24″、北纬30°57′28.8″–32°14′6″）。
数据量	41 KB
数据格式	*.xlsx
数据服务系统网址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/863
基金项目	CERN监测网络，国家生态系统观测研究共享服务平台项目（2005DKA10300）。
数据库（集）组成	本数据集包括说明文档和气溶胶光学厚度数据。气溶胶光学厚度数据有12个字段，分别为年、月、440 nm气溶胶光学厚度月平均值、440 nm气溶胶光学厚度月标准差、500 nm气溶胶光学厚度月平均值、500 nm气溶胶光学厚度月标准差、675 nm气溶胶光学厚度月平均值、675 nm气溶胶光学厚度月标准差、870 nm气溶胶光学厚度月平均值、870 nm气溶胶光学厚度月标准差、936 nm气溶胶光学厚度月平均值、936 nm气溶胶光学厚度月标准差。

Dataset Profile

Title	A dataset of aerosol optical depth in Shennongjia area, 2013–2018
Data corresponding author	Xie Zongqiang (xie@ibcas.ac.cn)
Data authors	Lan Tianyuan, Xu Wenting, Shen Guozhen, Zhao Changming, Ge Jielin, Xiong Gaoming, Xie Zongqiang
Time range	2013 – 2018
Geographical scope	Shennongjia area (109°29′34.8″–111°56′24″E, 30°57′28.8″–32°14′6″N) in west part of Hubei province.
Data volume	41 KB
Data format	*.xlsx
Data service system	<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/863>
Source of funding	CERN Monitoring Network, National Ecosystem Observation and Research Sharing Service Platform Project (2005DKA10300).
Dataset composition	This dataset includes description documents and aerosol optical depth data. The aerosol optical depth data has 12 fields, which are year, month, monthly mean of aerosol optical depth in 440 nm, monthly standard deviation of aerosol optical depth in 440 nm, monthly mean of aerosol optical depth in 500 nm, monthly standard deviation of aerosol optical depth in 500 nm, monthly mean of aerosol optical depth in 675 nm, monthly standard deviation of aerosol optical depth in 675 nm, monthly mean of aerosol optical depth in 870 nm, monthly standard deviation of aerosol optical depth in 870 nm, monthly mean of aerosol optical depth in 936 nm, monthly standard deviation of aerosol optical depth in 936 nm,

引 言

大气气溶胶是悬浮在大气中，直径为10-3–10 μm的固体或液体的细微颗粒，是大气的重要组成部分之一^[1]。大气气溶胶通过反射太阳入射光冷却气候系统，同时吸收太阳入射辐射使大气升温并导致地表温度降低，影响地球的辐射平衡和全球气候变化^[2]。大气气溶胶也是大气的主要污染物，在生物有机体、病原体等的传播中发挥着重要的作用，可引起或增强呼吸道、心血管、传染性和变异性疾病，对人体健康产生危害^[3]。气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）是大气气溶胶的一个重要参数^[4]。获取准确的气溶胶光学厚度并对其进行研究具有重要的意义。

神农架地区是气溶胶聚集地，是气溶胶研究热点地区^[5]。然而国内关于神农架地区气溶胶的研究较少，且缺乏地面实测数据支持。本数据集源自于神农架站的气象监测数据，包括不同波段的气溶胶光学厚度。本数据为神农架地区首个长期地面监测气溶胶光学厚度数据。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据采集

数据来自于湖北神农架森林生态系统国家野外科学观测研究站暨中国科学院神农架生物多样性定位研究站（简称神农架站）。神农架站位于神农架地区（东经109°29′34.8″–111°56′24″、北纬30°57′28.8″–32°14′6″），地处湖北、重庆、陕西三省交界，为大巴山脉东段中山地貌^[6]。神农架地区属于中国东部平原丘陵向西部高原山地过渡及亚热带气候向暖温带气候过渡的地区，具有北亚热带季风气候特点^[7]。森林类型以北亚热带常绿落叶阔叶混交林为主，代表了秦巴山地地带性森林生态系统类型。

采集时间为2013年3月至2018年6月，在固定采样点（东经110°13′1.2″、北纬31°22′58.8″）使用太阳光度计MICROTOPS II采集大气气溶胶光学厚度数据。太阳光度计MICROTOPS II的初始参数已经统一设定，可以根据接收不同波段的太阳光产生的电信号自动算出该波段的气溶胶光学厚度。采集时选择晴和多云的天气（避免云层对太阳光的遮挡），在卫星过境的时间内进行数据采集，分别是上午10:00、下午1:00、下午2:00、下午2:30，共4次。

1.2 数据处理

数据处理主要为根据已有研究，对数据中的异常值进行筛选、分析和处理。筛选异常数据的方法为对获得的实验数据进行阈值和标准差校验，筛选出可疑的结果，然后根据当天的天气记录，分析可能的原因，然后决定是否剔除该异常数据。

2 数据样本描述

本数据集包括说明文档和气溶胶光学厚度数据。说明文档为对气溶胶光学厚度数据每个字段的数据类型和数据示例，还包括仪器型号、观测方法、观测人员、时间范围等信息。气溶胶光学厚度数据为2013–2018年间记录的全部气溶胶光学厚度数据。共计12个字段。具体的字段名称、类型及示例见表1。

表1 神农架气溶胶光学厚度数据字段说明

字段	数据类型	数据示例
年	数值型	2013
月	数值型	3
440nm气溶胶光学厚度月平均值	数值型	0.833
440nm气溶胶光学厚度月标准差	数值型	0.516
500nm气溶胶光学厚度月平均值	数值型	0.701
500nm气溶胶光学厚度月标准差	数值型	0.501
675nm气溶胶光学厚度月平均值	数值型	0.626
675nm气溶胶光学厚度月标准差	数值型	0.475
870nm气溶胶光学厚度月平均值	数值型	0.586
870nm气溶胶光学厚度月标准差	数值型	0.464
936nm气溶胶光学厚度月平均值	数值型	0.534
936nm气溶胶光学厚度月标准差	数值型	0.422

3 数据质量控制和评估

本数据集的质量控制分为以下两级：

3.1 数据采集前质量控制

神农架站设有经过培训、专门负责测量的人员，在气溶胶光学厚度数据采集的过程中，严格按照实验操作规范来开展相关工作。

3.2 数据采集后质量控制

对获得的实验数据进行阈值和标准差校验，筛选出可疑的结果，然后根据当天的天气记录，分析可能的原因。之后对数据进行可视化处理，可以更为清晰地查看数据的分布，并与其他研究获得的数据进行对比。每月平均气溶胶光学厚度见图1。其中误差条表示标准差。

图片

图1 2013年3月至2018年6月每月平均气溶胶光学厚度（500 nm）

4 数据价值

除本数据集之外，没有其他数据长期连续记录神农架地区气溶胶光学厚度，因此本数据对研究神农架地区和森林生态系统的气溶胶变化规律都非常具有价值。利用不同波段的气溶胶光学厚度可以计算Angstrom参数，该参数能够反映气溶胶颗粒的大小。气溶胶光学厚度是从地面仪器中远程评估大气气溶胶的最全面的变量，并可用于对卫星遥感数据进行大气校正，本数据集可为气溶胶光学厚度时空动态的遥感反演和模型建立提供地面实测数据支持。

参考文献

1. 王跃思, 辛金元, 李占清, 等. 中国地区大气气溶胶光学厚度与Angstrom参数联网观测(2004-08~2004-12)[J]. 环境科学, 2006, 27(9):1703-1711.
2. 张小曳. 中国大气气溶胶及其气候效应的研究[J]. 地球科学进展, 2007, 22(1):12-16.
3. CARMICHAEL G R , ADHIKARY B , KULKARNI S , et al. Asian Aerosols: Current and Year 2030 Distributions and Implications to Human Health and Regional Climate Change[J]. Environmental Science & Technology, 2009, 43(15): 5811-5817.
4. 郑小波, 罗宇翔, 赵天良, 等. 中国气溶胶分布的地理学和气候学特征[J]. 地理科学, 2012(3):265-272.
5. LIN J , VAN DONKELAAR A , XIN J , et al. Clear-sky aerosol optical depth over East China estimated from visibility measurements and chemical transport modeling[J]. Atmospheric Environment, 2014, 95:258-267.
6. 谢宗强, 申国珍. 神农架自然遗产的价值及其保护管理[M]. 北京: 科学出版社, 2018.
7. 谢宗强, 申国珍, 周友兵, 等. 神农架世界自然遗产地的全球突出普遍价值及其保护[J].生物多样性, 2017, 25(5): 490-497.

数据引用格式

兰天元, 徐文婷, 申国珍, 等. 2013–2018神农架地区气溶胶光学厚度数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-08-29). DOI: 10.11922/sciencedb.863.