1998–2018年中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站氣象數據集

1998–2018年中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站氣象數據集
作者：楊陽　王可琴　胡兆永　王根緒
2020年2月17日

本作品收錄於《中國科學數據》

楊陽, 王可琴, 胡兆永, 王根緒. 1998–2018年中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站氣象數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2020. (2020-02-17). DOI: 10.11922/csdata.2020.0004.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：氣象數據作為氣候變化基礎數據，對全球氣候變化和極端氣候事件提供理論支撐。中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站（簡稱「貢嘎山站」）是中國生態系統研究網絡（CERN）和國家野外科學觀測定位研究站。貢嘎山地處於青藏高原的東南緣，是全球變化最為敏感區域之一，在高山生態系統中具有典型性和代表性。按照CERN統一規範，貢嘎山站開展了氣象長期監測工作。本數據集利用貢嘎山站氣象場自動觀測系統採集原始數據，經過數據處理、質量控制和評估，將1998–2018年21年的氣象數據，共計19個氣象要素120個指標301 KB公開報道，為全球變化下高山生態系統響應研究提供背景數據。

關鍵詞：氣象數據；氣候變化；高山生態系統；貢嘎山

Abstract & Keywords

Abstract: Meteorological data are the basic data for the research of climate change, providing theoretical support for global climate change and extreme weather events. Alpine Ecosystem Observation and Experiment Station of Gongga Mountain, Chinese Academic of Sciences, is one of the observation stations of Chinese Ecosystem Research Network (CERN) and National Ecosystem Research Network of China (CNERN). Mt. Gongga is located in southeast edge of Tibetan Plateau, and a sensitive area to global warming. Mt. Gongga is typical and representative alpine ecosystem. According to the protocols for standard meteorological observation and measurement of CERN, the station has been carrying out long-term meteorological monitoring. In this dataset, we report the 19 meteorological elements (including 120 indicators, total 301 KB) collected from the automatic meteorological system after data processing and quality control and assessment during 1998–2018. Our aims were to provide background data for the study of how the alpine ecosystems response to global change.

Keywords: meteorological data; climate change; alpine ecosystem; Gongga Mountain

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	1998–2018年中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站氣象數據集
數據作者	楊陽、王可琴、胡兆永、王根緒
數據通信作者	王根緒（lwanggx@imde.ac.cn）
數據時間範圍	1998–2018年
地理區域	中國生態系統研究網絡（CERN）貢嘎山高山生態系統觀測實驗站、貢嘎山森林生態系統國家野外科學觀測站，位於四川省甘孜州磨西貢嘎山。本數據集來自貢嘎山1600 m（29º38'59"N，102º06'55"E）和3000 m（29º34'34"N，101º59'54"E）的氣象觀測場。
數據量	301 KB
數據格式	*.xlsx
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/945 http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData
基金項目	中國生態系統觀測研究網絡野外台站運行服務費；科技部國家野外科學觀測研究站運行服務費。
數據庫（集）組成	本數據集是自動氣象觀測數據集，由19個氣象觀測數據要素組成，包括氣壓、水汽壓、海平面氣壓、氣溫、露點溫度、相對濕度、降水、風速、10分鐘平均風速、2分鐘平均風速、小時極大風速、地表溫度、5 cm土壤溫度、10 cm土壤溫度、15 cm土壤溫度、20 cm土壤溫度、40 cm土壤溫度、60 cm土壤溫度、100 cm土壤溫度。

Dataset Profile

Title	Meteorological dataset observed by Alpine Ecosystem Observation and Experiment Station of Gongga Mountain, Chinese Academic of Sciences, during 1998–2018
Data corresponding author	Wang Genxu (wanggx@imde.ac.cn)
Data authors	Yang Yang, Wang Keqin, Hu Zhaoyong, Wang Genxu
Time range	1998–2018
Geographical scope	Alpine Ecosystem Observation and Experiment Station of Gongga Mountain, Chinese Ecosystem Research Network; National Field Observation and Research Station of Agroecosystem in Gongga, Chinese Academy of Science, located in Moxi Town, Garzê Tibetan Autonomous Prefecture, Sichuan Province, China. The dataset was derived from 1600 m (29º38'59"N, 102º06'55"E) and 3000 m (29º34'34"N, 101º59'54"E) meteorological station.
Data volume	301 KB
Data format	*.xlsx
Data service system	<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/945> <http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData>
Sources of funding	Supported by Chinese Ecosystem Research Network of Chinese Academy of Sciences and National Ecosystem Research Network of China, Ministry of Science and Technology.
Dataset composition	The dataset consists of the 19 meteorological elements, including air pressure, water vapor pressure, sea level pressure, temperature, dew point temperature, relative humidity, precipitation, wind speed, 10 min average wind speed, 2 min average wind speed, hourly maximum wind speed, soil surface temperature, 5cm soil temperature, 10 cm soil temperature, 15 cm soil temperature, 20 cm soil temperature, 40 cm soil temperature, 60 cm soil temperature and 100 cm soil temperature.

引 言

中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站（簡稱貢嘎山戰）主要由磨西基地站（海拔1600 m）、亞高山森林生態系統觀測站（海拔3000 m）和成都分析測試中心組成，是一個以高山生態系統為對象，集山地水文、氣候、冰川、森林生態和土壤等為一體的綜合性實驗研究基地，擁有較完善的山地垂直植被帶譜多層次生態系統變化、氣候帶譜變化和海洋性冰川變化的觀測研究體系。1991年進入中國生態系統研究網絡（CERN），2005年正式被遴選為首批國家野外科學研究站。位於青藏高原的東南緣，橫斷山脈中部，主峰海拔7556 m，屬於亞熱帶溫暖濕潤季風區與青藏高原東部高原溫帶半濕潤區的過渡帶上，年平均氣溫4℃，年均空氣相對濕度90%左右，年平均降水量1861 mm，主要集中在5–10月。

由於人類活動導致全球氣候變化^[1]，學界已經廣泛開展關於氣候變化、發展趨勢和森林生態系統響應等方面的研究^[2][3]。地面氣象資料作為氣候變化基礎數據，對全球變化的研究和極端氣候事件具有監測能力。目前關於貢嘎山2個氣象站數據公開發表比較完整的報道較少，特別未見貢嘎山站2個氣象站的多個氣象要素按時間序列的公開報道。因此，本數據集整理了1998–2018年貢嘎山1600 m和3000 m氣象站的氣壓、水汽壓、海平面氣壓、氣溫、露點溫度、相對濕度、降水、風速、10分鐘平均風速、2分鐘平均風速、小時極大風速、地表溫度、5 cm土壤溫度、10 cm土壤溫度、15 cm土壤溫度、20 cm土壤溫度、40 cm土壤溫度、60 cm土壤溫度、100 cm土壤溫度19個氣象要素120個指標。本數據集通過長期觀測，資料的積累和研究，為亞高山森林生態系統對環境條件變化的響應與適應規律及其山地環境效應提供理論基礎，為全球變化研究提供服務。

1 數據採集和處理方法

本數據集包括1998–2018年數據，採集地為貢嘎山站1600 m氣象觀測場（25m×30m，29º38'59"N、102º06'55"E）和3000 m氣象觀測場（25m×25m，29º34'34"N、101º59'54"E），氣象觀測場四周設置1.2 m高的稀疏圍欄；觀測場內場地平整，保持有均勻草層，草高不超過20 cm；場內鋪設了觀測人員可行走的不超過0.5 m寬石子小路；四周圍欄稀疏、場內無雜物、氣流暢通。有積雪時，應保持場地積雪的自然狀態。

觀測場內儀器的布置注意互不影響，便於操作。由南到北儀器安置高度是從低到高，南端地溫，北端風向、風速，東西排列成行。儀器距圍欄的距離不小於3 m，儀器之間南北間距離不小於4 m，東西間距離不小於4 m。觀測場門安置在北面，儀器安置在小路南側，觀測員從北面接近儀器觀測（見圖1）。1998–2005年使用上海長望氣象科技有限公司的自動氣象站採集數據；2004年10月1600 m和3000 m氣象場新安裝了Vaisala公司Milos520自動氣象站，舊系統於2005年末停止使用；2015年3000 m氣象場安裝了MAWS自動氣象站採集數據。

圖片

圖1 貢嘎山站氣象要素觀測場

用「生態氣象工作站」報表處理程序對觀測數據進行處理，具體操作流程為：將觀測數據自動生成氣象觀測報表M；原始觀測數據檢查；Milos520原數據錯誤成分處理；M報表進行數據檢驗；M報表進行靈敏度轉換；M報表進行整理統計；轉換成氣象規範A報表。在從A報表進行整理統計得出本數據集。根據《地面氣象觀測規範》^[4]，氣象數據具體採集和處理方法見表1。

表1 氣象數據具體採集和處理方法

氣象要素	觀測頻度	方法	單位格式	觀測層次	開始時間
氣壓	6次/1分鐘，1次/1小時	氣壓採用DPA501數字氣壓表觀測，去除1個最大值和1個最小值後取平均值，作為每分鐘的氣壓值存儲。存儲整點小時數據，小時氣壓極值和出現時間。極大、極小氣壓的月極值及出現日期，分別從逐日最高（大）、最低（小）值中挑取，並記其相應的出現日期。	hPa，取小數1位	距離地面小於1 m	1998年
氣溫	6次/1分鐘，1次/1小時	氣溫採用HMP45D溫度傳感器觀測。每去除1個最大值和1個最小值後取平均值，作為每分鐘的氣溫值存儲。存儲整點小時數據，小時最高溫度，最低溫度和出現時間。極大、極小氣溫的月極值及出現日期，分別從逐日最高（大）、最低（小）值中挑取，並記其相應的出現日期。	℃，取小數1位	距離地面1.5 m	1998年
露點溫度	6次/1分鐘，1次/1小時	露點溫度採用HMP45D溫度傳感器觀測。每去除1個最大值和1個最小值後取平均值，作為每分鐘的氣溫值存儲。存儲整點小時數據。極大、極小露點溫度的月極值及出現日期，分別從逐日最高（大）、最低（小）值中挑取，並記其相應的出現日期。	℃，取小數1位	距離地面1.5 m	2005年
相對濕度	6次/1分鐘，1次/1小時	相對濕度採用HMP45D溫度傳感器觀測。去除一個最大值和一個最小值後取平均值，作為每分鐘的濕度值存儲。存儲整點小時數據，小時最小（低）濕度和出現時間。極小相對濕度的月極值及出現日期，分別從逐日的最小值中挑取，並記其相應的出現日期。	%，取整數	距離地面1.5 m	1998年
降水	1次/1小時	降水採用RG13H型雨量計觀測降水，每分鐘計算出。存儲時降水量，累計日降水總量，小時最高（大）降水。極大降水的月極值及出現日期，分別從逐日的最高（大）值中挑取，並記其相應的出現日期。	mm，取小數1位	距地面70 cm	1998年
10分鐘平均風速、2分鐘平均風速、小時極大風速	6次/1分鐘，1次/1小時	風速風向採用WAA151或者WAC151風速傳感器觀測，存儲2分鐘平均風速、10分鐘平均風速，小時極大風速整點小時數據。最大風速和極大風速的月極值及其風向、出現日期和時間，分別從逐日的日極值中挑取，並記其相應的出現日期和時間。	°，取整數；m/s，取小數1位	10 m風杆	1998年
地表溫度	6次/1分鐘，1次/1小時	地表溫度採用QMT110地溫傳感器採集。每去除1個最大值和1個最小值後取平均值，作為每分鐘的地表溫度值存儲。存儲整點小時數據，小時最高最低地表溫度和出現時間。極大、極小地表溫度的月極值及出現日期，分別從逐日最高（大）、最低（小）值中挑取，並記其相應的出現日期。	℃，取小數1位	地表面0 cm處	1998年
土壤溫度（5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm、60 cm、100 cm）	6次/1分鐘，1次/1小時	土壤溫度採用QMT110地溫傳感器採集。去除1個最大值和1個最小值後取平均值，作為每分鐘的土壤溫度值存儲。存儲整點小時數據，小時土壤溫度最高最低值。極大、極小土壤溫度的月極值及出現日期，分別從逐日最高（大）、最低（小）值中挑取，並記其相應的出現日期。	℃，取小數1位	地面以下5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm、60 cm、100 cm處	2005年

2 數據樣本描述

2.1 數據庫結構

本數據集包括代碼、年、月以及氣壓、水汽壓、海平面氣壓、氣溫、露點溫度、相對濕度、降水、風速、10分鐘平均風速、2分鐘平均風速、小時極大風速、地表溫度、5 cm土壤溫度、10 cm土壤溫度、15 cm土壤溫度、20 cm土壤溫度、40 cm土壤溫度、60 cm土壤溫度、100 cm土壤溫度19個氣象要素120個指標（具體見表2）。

表2 氣象數據表組成

氣象要素	氣象指標	範圍
氣壓	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	1998–2018
水汽壓表	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	2005–2018
海平面氣壓	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	2005–2018
氣溫	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	1998–2018
露點溫度	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	2005–2018
相對濕度	日平均值月平均、日最小值月平均、月極小值、極小值日期	1998–2018
降水	月合計值、月小時降水極大值、極大值日期	1998–2018
風速	月平均風速、月最多風向、最大風速、最大風風向、最大風出現日期、最大風出現時間	1988–2005
10分鐘平均風速	月平均風速、月最多風向、最大風速、最大風風向、最大風出現日期、最大風出現時間	1998–2018
2分鐘平均風速	月平均風速、月最多風向、最大風速、最大風風向、最大風出現日期、最大風出現時間	2005–2018
小時極大風速	月極大風速、月極大風風向、月極大風出現日期、月極大風出現時間	2005–2018
地表溫度	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	1998–2018
5 cm土壤溫度	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	2005–2018
10 cm土壤溫度	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	2005–2018
15 cm土壤溫度	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	2005–2018
20 cm土壤溫度	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	2005–2018
40 cm土壤溫度	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	2005–2018
60 cm土壤溫度	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	2005–2018
100 cm土壤溫度	日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期	2005–2018

2.2 數據缺失情況

貢嘎山站地處高海拔，地方偏遠，條件落後，加之山體滑坡，經常停電會導致數據缺失，有時其他不明原因導致出現亂碼或提取其他日期數據會導致缺失部分數據。但1998-2018年貢嘎山站氣象數據完整率仍在97%以上。2004年新安裝了Vaisala公司自動氣象站，2005年新增的氣象要素包括：水氣壓、海平面氣壓、露點溫度、10分鐘平均風速、2分鐘平均風速、小時極大風、5 cm土壤溫度、10 cm土壤溫度、15 cm土壤溫度、20 cm土壤溫度、40 cm土壤溫度、60 cm土壤溫度、100 cm土壤溫度，因此1998–2004年這幾個氣象要素數據缺失。

3 數據質量控制和評估

本數據集採取四級控制：第一級要求數據監測員嚴格按操作規程採集和處理數據；數據監測人員提交上來的數據經專業負責人（CERN大氣分中心質量控制）審核，此為第二級控制；CERN氣象分中心採用大氣監測數據質量控制軟件校驗數據後，反饋報告給專家（台站負責人）最終審核和修訂，此為第三級控制；數據入庫前由質量總控制人（數據庫管理員）審核，此為第四級控制。且數據庫管理人員負責該站自動數據原始資料、紙質資料、報表資料的保管歸案工作，對原始數據及報表數據進行入庫和備份。

作為自動氣象觀測觀測的補充和檢驗，人工氣象觀測也同時進行。數據監測員負責自動氣象站運行的日常維護，查看各要素傳感器是否正常，雨量傳感器的漏斗有無堵塞，風向、風速傳感器是否轉動靈活等，保證自動氣象站設備處於正常連續的運行狀態，應在正點前約10分鐘查看計算機顯示的實時觀測數據是否正常；定期檢查維護各要素傳感器；每月定期檢查各電纜是否有破損，各接線處是否有鬆動現象；每月檢查供電設施，保證供電安全；為防止意外事故導致數據丟失和及時發現數據問題，需要定期下載數據。以確保提交給CERN大氣分中心的數據真實、準確、可靠。

3.1 數據初步質量控制

原始數據的異常值或者錯誤值不僅會導致產生錯誤的月值和年值，而且會影響後續的趨勢分析。採用「生態氣象工作站」軟件，根據檢驗參數，矯正各站點氣象原始數據，檢查是否存在不符合邏輯的異常值。如1月1600 m溫度檢驗參數範圍為−6～22℃，相對濕度為10～100%，氣壓為720～900 hPa，地表溫度為−10～45℃；2月溫度檢驗參數範圍為−6～30℃，相對濕度為8～100%，氣壓為720～900hPa，地表溫度為−10～50℃。

3.2 數據具體質量控制

在製作氣象數據月報表時，利用報表處理程序對月報表中的數據進行自動檢驗，完成對數據文件的錯誤檢查。根據CERN《生態系統大氣環境觀測規範》，氣象數據具體質量控制和評估方法為：（1）某一定時氣壓、氣溫、相對濕度、地表溫度、土壤溫度缺測時，用前、後兩定時數據內插求得，按正常數據統計，若連續兩個或以上定時數據缺測時，不能內插，仍按缺測處理；（2）氣壓、氣溫、相對濕度、地表溫度、土壤溫度、風速數據一日中若24次定時觀測記錄有缺測時，該日按照02、08、14、20時4次定時記錄做日平均；若4次定時記錄缺測一次或以上，但該日各定時記錄缺測5次或以下時，按實有記錄作日統計；缺測6次或以上時，不做日平均；用質控後的日均值合計值除以日數獲得月平均值。日平均值缺測6次或者以上時，不做月統計。（3）一日中各時降水量缺測數小時但不是全天缺測時，按實有記錄做日合計。全天缺測時，不做日合計，按缺測處理。

4 數據價值

中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站是國家野外科學觀測研究站和中國生態系統研究網絡成員站，擁有較完善的山地垂直植被帶譜多層次生態系統。本數據集作為可靠背景資料，為該區域的研究提供科學數據支撐，也可為氣候變化提供參考。項目組基於本數據集已發表SCI論文1篇^[5]，基於本數據集作為論文或學位論文背景資料，每年科研人員和研究生索取高達30次以上。本數據集只包括月尺度數據，今後我們將會繼續報道日或小時尺度數據，使我站的監測和研究獲得更好的社會效益。

致 謝

感謝中國生態網絡（CERN）大氣分中心領導和老師的指導和支持，尤其是劉廣仁和胡波老師在數據質控和傳感器標定方面的貢獻，感謝中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站的劉巧、劉明德、陳斌如、蘭全、劉發明和劉發蓉在數據採集工作中的付出。

參考文獻

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數據引用格式

楊陽, 王可琴, 胡兆永, 王根緒. 1998–2018年中國科學院貢嘎山高山生態系統觀測試驗站氣象數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2020. (2020-02-14). DOI: 10.11922/sciencedb.945.