2003–2005年中國通量觀測研究聯盟（ChinaFLUX）碳水通量觀測數據集

2003–2005年中國通量觀測研究聯盟（ChinaFLUX）碳水通量觀測數據集
作者：張雷明　羅藝偉　劉敏　陳智　蘇文　何洪林　朱治林　孫曉敏　王艷芬　周國逸　趙新全　韓士傑　歐陽竹　張憲洲　張一平　劉琪璟　郝彥賓　閆俊華　張德強　李英年
2019年1月11日

本作品收錄於《中國科學數據》

張雷明,羅藝偉, 劉敏,等.2003–2005年中國通量觀測研究聯盟（ChinaFLUX）碳水通量觀測數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019, 4(1). (2018-12-29). DOI: 10.11922/csdata.2018.0028.zh.

姊妹計劃: 數據項

摘要&關鍵詞

摘要：基於微氣象學理論的渦度相關通量觀測技術實現了對生態系統尺度的生產力、能量平衡和溫室氣體交換等功能和過程的直接測定，其觀測數據為陸地生態系統碳水循環過程的機理研究以及碳源/匯和水分利用的時空分布評價提供了重要的觀測數據。本數據集為中國通量觀測研究聯盟（ChinaFLUX）首批觀測站點的生態系統通量觀測數據，包括森林、草地和農田在內的8個典型生態系統，並基於ChinaFLUX數據處理體系形成了標準化的生態系統碳水通量和關鍵氣象要素數據集。本數據集可以為分析我國典型陸地生態系統對全球變化的響應及其機制提供重要的科學知識和數據基礎。

關鍵詞：渦度相關技術；通量觀測；氣象要素；碳水循環；陸地生態系統

Abstract & Keywords

Abstract: Based on micrometeorological theory, eddy covariance technique (EC) is considered as the unique approach for direct measurement of ecosystem-scale productivity, energy balance and greenhouse gas exchange. The EC flux data provide important support for the study on the mechanism of ecosystem carbon & water coupling cycles, the spatio-temporal patterns of carbon sink capacity, and water use strategy. As the first batch observed by the Chinese Flux Observation and Research Network (ChinaFLUX), this dataset collected field measurements from of eight sites during 2003–2005after the founding of ChinaFLUX in 2002, including 4 forests, 3 grassland and 1 cropland. The data products of this dataset have been standardized following the ChinaFLUXdata processing protocols, and they provide important scientific knowledge and data basis for analyzing responses to environmental changes.

Keywords: eddy covariance technique, flux measurement, meteorological factors, carbon and water cycling, terrestrial ecosystem

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	2003–2005年中國通量觀測研究聯盟（ChinaFLUX）碳水通量觀測數據集
數據通信作者	於貴瑞（yugr@igsnrr.ac.cn）
數據生產者	觀測研究單元	觀測人員	原負責人	現任負責人	所屬研究所
	內蒙古站	郝彥賓	王艷芬	王艷芬	中國科學院大學
	鼎湖山站	張德強	周國逸	周國逸	中國科學院華南植物園
	海北站	張法偉	趙新全	李英年	中國科學院西北高原生物研究所
	長白山站	吳家兵	韓士傑	王安志	中國科學院瀋陽應用生態研究所
	禹城站	李發東、趙風華	歐陽竹	歐陽竹	中國科學院地理科學與資源研究所
	當雄站	何永濤	張憲洲	張揚建	中國科學院地理科學與資源研究所
	西雙版納站	宋清海	張一平	林露湘	中國科學院西雙版納熱帶植物園
	千煙洲站	戴曉琴	劉琪璟	王輝民	中國科學院地理科學與資源研究所
	數據中心	張雷明、蘇文	於貴瑞	於貴瑞	中國科學院地理科學與資源研究所
數據時間範圍	2003–2005年
地理區域	中國區域8個陸地生態系統
數據量	78.94 MB
數據格式	*.xlsx
數據服務系統網址	http://www.cnern.org.cn/data/meta?id=40572； http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/600
基金項目	國家重點研發計劃（2017YFC0503801、2016YFA0600104），中國科學院戰略性先導科技專項（XDA19020302），中國科學院科技服務網絡計劃（STS，KFJ-SW-STS-169）。
數據庫（集）組成	本數據集由長白山、千煙洲、鼎湖山、西雙版納、內蒙古、禹城、海北和當雄8個台站的觀測數據子集組成，每個子集分為半小時、日尺度2個數據產品表格，其中半小時數據集包含缺失數據插補前和插補後兩類。每個數據子集的指標包含生態系統CO2通量、潛熱通量、顯熱通量、空氣溫度、土壤溫度、土壤濕度、降水、總輻射和光合有效輻射。

Dataset Profile

Title	Carbon and water fluxes observed by the Chinese Flux Observation and Research Network (2003–2005)
Contact	Yu Guirui (yugr@igsnrr.ac.cn)
Data producers	Station	Observer	Former Director	Current Director	Affiliate
	Inner Mongolia	Hao Yanbin	Wang Yanfen	Wang Yanfen	College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences
	Dinghushan	Zhang Deqiang	Zhou Guoyi	Zhou Guoyi	South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences
	Haibei	Zhang Fawei	Zhao Xinquan	Li Yingnian	Northwest Institute of Plateau Biology, Chinese Academy of Sciences
	Changbaishan	Wu Jiabing	Han Shijie	Wang Anzhi	Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences
	Yucheng	Li Fadong Zhao Fenghua	Ouyang Zhu	Ouyang Zhu	Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences
	Dangxiong	He Yongtao	Zhang Xianzhou	Zhang Yangjian	Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences
	Xishuangbanna	Song Qinghai	Zhang Yiping	Lin Luxiang	Xishuangbanna Tropical Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences
	Qianyanzhou	Dai Xiaoqin	Liu Qijing	Wang Huiming	Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences
	Data Center	Zhang Leiming Su Wen	Yu Guirui	Yu Guirui	Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences
Time range	2003–2005
Observation target	Eight terrestrial stations from ChinaFLUX in China
Data amount	78.94 MB
Data format	*.xls
Data service system	<http://www.cnern.org.cn/data/meta?id=40572>; <http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/600>
Sources of funding	National key research and development program (2017YFC0503801, 2016YFA0600104), the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDA19020302), Science and Technology Service Network Initiative of Chinese Academy of Sciences (STS Plan,KFJ-SW-STS-169).
Dataset composition	The dataset consists of the flux and meteorological measurement of eight stations from ChinaFLUX, including Changbaishan, Qianyanzhou, Dinghushan, Xishuangbanna, Inner Mongolia, Yucheng, Haibei and Dangxiong. The dataset from each station consists of half-hour and daily data products. The half-hour dataset of flux measurement includes CO2 flux, latent flux and sensible flux after quality control and quality assurance, the meteorological data includes air temperature, precipitation, global radiation and photosynthetic active radiation. The daily dataset includes the integrated daily CO2 flux, latent flux and sensible flux.

引言

陸地生態系統CO2和水熱通量的長期觀測研究一直是國際上關注的熱點問題。基於微氣象學理論的渦度相關法是測定大氣與群落碳水交換通量最直接的方法，實現了對生態系統尺度的生產力、能量平衡和溫室氣體交換等功能和過程的直接測定^[1]^[2]^[3]，成為目前國際通量觀測網絡（FLUXNET）的主要技術手段^[4]。渦度相關通量觀測數據已經被廣泛用於各種模型及遙感觀測的檢驗和驗證之中，並且多過程、多要素的長期協同觀測將為陸地生態系統碳氮水循環過程的機理研究以及碳源/匯的時空分布評價提供重要的觀測數據^[5]^[6]，特別是全球尺度通量觀測網絡的聯合觀測是實現從生態現象觀察和生態要素觀測跨越到全球尺度生態系統功能狀態變化觀測的重大突破^[7]。

在中國科學院知識創新工程重大項目「中國陸地和近海生態系統碳收支研究」的資助下，依託中國生態系統研究網絡（CERN），2001年中國陸地生態系統通量觀測研究網絡（ChinaFLUX）開始科學論證和啟動建設，2003年正式實現8個觀測站點（長白山、千煙洲、鼎湖山、西雙版納、內蒙古、海北、當雄和禹城）碳水通量的聯合觀測研究^[8]，填補了亞洲季風區通量觀測研究的空白，開始積累中國典型生態系統碳水交換通量的科學觀測數據。2014年，通過聯合國內行業部門及高等院校觀測站點，共同組建了中國通量觀測研究聯盟（ChinaFLUX）。

本數據集為2003–2005年ChinaFLUX首批8個觀測站點的碳水通量和常規氣象要素觀測數據集，也是我國獲取的首套多站點的聯網協同通量觀測數據，包含生態系統CO2通量、潛熱通量、顯熱通量、摩擦風速、空氣溫度、土壤溫度、土壤濕度、降水、總輻射、淨輻射和光合有效輻射等觀測指標，形成了半小時和日尺度兩類數據產品。雖然本數據集已於2013年10月發布共享，並且受到了國內外相關研究機構和人員的廣泛關注，但尚缺乏對本數據集的系統性描述。同時，作為推動數據共享和規範數據使用的重要途徑，ChinaFLUX將在充分保障數據產權的基礎上，加強與觀測台站的溝通和協調，以數據論文形式進一步推動後續更長時間和更多台站觀測數據的開放共享。

1 數據採集和處理方法

1.1 數據來源

基於頂層設計和科學論證，結合我國陸地樣帶的空間分布，依託CERN的台站網絡，經過觀測系統設計、觀測台站和通量觀測塔選址、觀測儀器選型等技術方案的反覆論證，以及野外工程實施和觀測系統安裝與調試，ChinaFLUX於2002年底之前完成了長白山、千煙洲、鼎湖山、西雙版納、海北和禹城6個通量觀測研究站點的建設，於2003年5月之前完成了內蒙古和當雄2個通量觀測研究站點的建設，形成了ChinaFLUX的首批觀測台站網絡（表1、圖1和表2）。

表1 生態站名稱及經緯度信息

代碼	站名	台站全稱	經度	緯度	植被類型
CBS	長白山站	長白山溫帶闊葉紅松林通量觀測研究站	128°06'E	42°24'N	森林
QYZ	千煙洲站	千煙洲中亞熱帶人工常綠針葉林通量觀測研究站	115°03'E	26°44'N	森林
DHS	鼎湖山站	鼎湖山南亞熱帶季風混交林通量觀測研究站	112°30'E	23°09'N	森林
XSBN	西雙版納站	西雙版納熱帶季雨林通量觀測研究站	101°16'E	21°54'N	森林
NMG	內蒙古站	內蒙古溫帶典型草原通量觀測研究站	116°18'E	44°08'N	草地
HBGCT	海北站	海北高寒草地通量觀測研究站	101°20'E	37°40'N	草地
DX	當雄站	當雄高寒草甸通量觀測研究站	91°03'E	30°29'N	草地
YC	禹城站	禹城溫帶農田通量觀測研究站	116°38'E	36°58'N	農田

圖片

圖1 觀測研究台站的空間分布（審圖號：GS（2018）4935號）

表2 生態站植被和土壤的基本特徵

代碼	優勢樹種	冠層高度'1)'(m)	葉面積指數'2)'(m'2' m'-2')	土壤類型
CBS	紅松（Pinus koraiensis）、椴樹（Tilia amurensis）、蒙古櫟（Quercus mongolica）和水曲柳（Fraxinus mandshurica）等	26	6.1	山地暗棕壤
QYZ	馬尾松（Pinus massoniana）、濕地松（Pinus elliottii）和杉木（Cunninghamia lanceolata）等	12	3.5	紅壤
DHS	錐栗（Castanopis chinensis）、荷木（Schim asuperba）、厚殼桂（Cryptocarya chnensis）、馬尾松（Pinus massoniana）等	17	5.6	赤紅壤
XSBN	千果欖仁（Terminalia myriocarpa）、番龍眼（Pometia tomentosa）、雲南玉蕊（Barringtonia macrostachya）、大葉白顏樹（Gironniera subaequalis）、山焦（Mitrephora maingayi）、雲樹（Garcinia cowal）、假廣子（Knema erratica）、細羅傘（Ardisia tenera）、蟻花（Mezzettiopsis creaghii）及毒鼠子（Dichmpetalum gelonioides）等	36	6.0	磚紅壤
NMG	羊草、優勢種為冰草（Agropyron cristatum）、大針茅（Stipa grandis）、糙隱子草（Cleistogenes squarrosa）和寸草苔（Carex duriuscula）等	0.5	1.4	暗栗鈣土
HBGCT	金露梅（Potentilla fruticosa）、矮嵩草（Kobresia humilis）、羊茅（Festuca ovina）、異針茅（Stipa aliena）、紫羊茅（Festuca rubra）、麻花艽（Gentiana straminea）、線葉嵩草（Kobresia capillifolia）、銀蓮花（Anemone cathayensis）、藏異燕麥（Helictotrichon tibeticum）、珠芽廖（Polygonum viviparum）等	0.3	2.8	高山灌叢草甸土
DX	高山嵩草（Kobresia pygmaea）、絲穎針茅（Stipa capillacea）、窄葉苔草（Carexmontis everestii）等	015	1.8	高山草甸土
YC	冬小麥-夏玉米	冬小麥：0.9 夏玉米：2.5	冬小麥：6.5 夏玉米：4.6	潮土和鹽化潮土

'註：1）草地和農田植被的冠層高度是指生長季內的最大高度；'2）葉面積指數為生長季內的最大葉面積指數。

1.2 數據採集方法

各台站採用了相同的觀測設備開展通量和氣象數據的採集，數據的測定和採集均為自動化完成。

觀測設備組成與型號： 各測定要素所採用主要儀器設備的傳感器和分析儀及製造商分列於表3。

表3 各測定要素所用關鍵設備的傳感器和分析儀及其製造商

觀測系統	測定要素	傳感器和分析儀	製造商
常規氣象要素	空氣溫度	HMP45C	VAISALA
	降水量	5220或TE525MM	RM YOUNG
	總輻射	CM11	KIPP&ZONEN
	光合有效輻射	LI190SB	LI-COR
CO2和水熱通量	三維超聲風速	CSAT3	CAMPBELL
	CO2、H2O密度	LI7500	LI-COR
數據採集與通訊	常規氣象要素	CR10X/CR23X	CAMPBELL
	碳水通量要素	CR5000	CAMPBELL

觀測設備的安裝和配置： 根據各觀測站點下墊面情況和植被冠層高度，在觀測塔上安裝不同要素的測定傳感器（表4），開展植被–大氣界面CO2、H2O和能量通量以及氣象要素在線、連續觀測。

表4 各測定要素所用關鍵傳感器的安裝高度（m）

測定類別	測定要素	CBS	QYZ	DHS	XSBN	NMG	HBGCT	DX	YC
常規氣象系統	空氣溫度1*	32	39	27	42	2	2	2	2
	空氣溫度2*	28	31	24	38	1	1	1	1
	天空短波輻射	32	39	36	42	2	2	2	2
	光合有效輻射	32	39	36	42	2	2	2	2
	雨量	61	42	36	72	2	2	2	2
碳水通量系統	碳水通量	40	39	27	48.8	2	2	2	2
植被冠層高度		26.0	12.0	20.0	40.0	0.40	0.60	0.15	0.8(冬小麥)3.0(玉米)

*註：空氣溫度1和空氣溫度2表示不同的測定高度。

觀測數據採集與傳輸： 本數據集中植被–大氣界面CO2、H2O和能量通量系統的原始測定頻率為10Hz，利用數據採集器獲取和存儲高頻測定數據。常規氣象要素的測定記錄頻度為30分鐘，由相應的數據採集器獲取和存儲數據。根據站點條件的不同，通量和氣象測定數據採用有線網絡方式下載（長白山站、千煙洲站、鼎湖山站、西雙版納站和禹城站）和直接讀取數據採集器內的存儲卡（內蒙古站、海北站和當雄站）兩種方式獲取，然後開展後續的質量控制、標準化處理和產品加工。

1.3 數據處理和產品加工方法

基於獲取的生態系統碳水通量原始觀測數據，利用ChinaFLUX技術體系完成標準化的質量控制和數據處理（圖2）。

數據質量控制： 採用國際上普遍認可的渦度通量數據質量控制方法，主要包括原始數據分析^[2]、超聲虛溫校正^[9]、坐標軸旋轉^[10]、WPL校正^[11]、頻率損失校正^[12]、冠層儲存項校正^[13]、穩態測試與湍流積分特性^[14]、夜間摩擦風速閾值篩選^[15]和異常值剔除^[16]，以及能量閉合評價^[17]。其中需要說明的是，農田和草地台站採用二次坐標旋轉，森林台站採用平面擬合；冠層存儲項採用CO2濃度的單點估算方式，並且僅考慮植株高大的森林台站。

缺失數據插補： 對於短時間（小於2小時）內缺失的通量和氣象觀測數據，採用內插的方式完成插補；對於長時間缺失的氣象數據，利用各觀測站氣象站觀測資料（土壤濕度和降水數據除外）開展插補；如未能完成插補，則利用平均日變化法完成數據插補。

對於長時間缺失的CO2通量數據，採用非線性回歸的方式^[18]^[19]。其中夜間缺失數據利用Arrhenius方程插補^[20]，並且對於易受水分脅迫的台站，如千煙洲、內蒙古和當雄，方程中的Q10表達為土壤溫度和土壤水分的線性方程^[21]。白天缺失數據利用直角雙曲線方程插補，最小插補時間窗口為7天。

對於長時間缺失的能量通量數據，採用邊際分布採樣法^[15]完成缺失數據插補。

CO'2'通量數據拆分： 採用邊際分布採樣法^[15]完成數據拆分。首先，基於夜間觀測數據，採用和缺失數據插補時相同的回歸方程，確定生態系統呼吸方程中的係數，然後估算夜間和白天的生態系統呼吸；其次，利用插補完成的白天CO2通量數據和估算的同時刻生態系統呼吸，求和得到總生態系統生產力。

圖片

圖2 ChinaFLUX通量數據質量控制與處理技術體系（改自文獻[8]）

2 數據樣本描述

2.1 數據子集命名規則與數據量

本數據集包括8個台站產生的觀測數據，因此分為8個數據子集，共計66個EXCEL數據文件，總數據量為78.94 MB（表5）。在半小時尺度上，根據數據要素不同，數據文件（數據子集）的名稱格式為「年份+台站+類型+時間尺度.xls」，如「2003年長白山通量30分鐘數據」和「2003年長白山氣象30分鐘數據.xls」。數據代碼為「AAATL30MIN_GFYY.xls」和「AAAQX30MIN_GFYY.xls」。其中，AAA表示站點縮略名（見表1）；TL表示通量，QX表示氣象；30MIN表示數據的時間分辨率為30分鐘；GF表示插補（Gap-filling）；YY表示數據產生年份的後兩位，如2003表示為03。

表5 數據集各子集名稱與數據量

台站	年份	30分鐘尺度	數據量(MB)	日尺度	數據量(KB)
內蒙古站	2004	NMGTL30MIN_GF04	1.700	NMGTLDAILY_GF04	67
		NMGQX30MIN_GF04	1.853
	2005	NMGTL30MIN_GF05	1.715	NMGTLDAILY_GF05	67
		NMGQX30MIN_GF05	1.834
當雄站	2004	DXTL30MIN_GF04	1.645	DXTLDAILY_GF04	67
		DXQX30MIN_GF04	1.957
	2005	DXTL30MIN_GF05	1.702	DXTLDAILY_GF05	67
		DXQX30MIN_GF05	1.967
海北站	2003	HBGCTTL30MIN_GF03	1.718	HBGCTTLDAILY_GF03	67
		HBGCTQX30MIN_GF03	2.055
	2004	HBGCTTL30MIN_GF04	1.689	HBGCTTLDAILY_GF04	67
		HBGCTQX30MIN_GF04	1.951
	2005	HBGCTTL30MIN_GF05	1.703	HBGCTTLDAILY_GF05	67
		HBGCTQX30MIN_GF05	1.970
禹城站	2003	YCTL30MIN_GF03	1.668	YCTLDAILY_GF03	67
		YCQX30MIN_GF03	1.872
	2004	YCTL30MIN_GF04	1.724	YCTLDAILY_GF04	67
		YCQX30MIN_GF04	1.859
	2005	YCTL30MIN_GF05	1.681	YCTLDAILY_GF05	67
		YCQX30MIN_GF05	1.880
長白山站	2003	CBSTL30MIN_GF03	1.728	CBSTLDAILY_GF03	67
		CBSQX30MIN_GF03	1.853
	2004	CBSTL30MIN_GF04	1.707	CBSTLDAILY_GF04	67
		CBSQX30MIN_GF04	1.873
	2005	CBSTL30MIN_GF05	1.722	CBSTLDAILY_GF05	67
		CBSQX30MIN_GF05	1.831
千煙洲站	2003	QYZTL30MIN_GF03	1.682	QYZTLDAILY_GF03	67
		QYZQX30MIN_GF03	1.793
	2004	QYZTL30MIN_GF04	1.869	QYZTLDAILY_GF04	67
		QYZQX30MIN_GF04	1.680
	2005	QYZTL30MIN_GF05	1.802	QYZTLDAILY_GF05	67
		QYZQX30MIN_GF05	1.666
鼎湖山站	2003	DHSTL30MIN_GF03	1.671	DHSTLDAILY_GF03	67
		DHSQX30MIN_GF03	1.709
	2004	DHSTL30MIN_GF04	1.591	DHSTLDAILY_GF04	67
		DHSQX30MIN_GF04	1.740
	2005	DHSTL30MIN_GF05	1.701	DHSTLDAILY_GF05	67
		DHSQX30MIN_GF05	1.767
西雙版納站	2003	XSBNTL30MIN_GF03	1.622	XSBNTLDAILY_GF03	67
		XSBNQX30MIN_GF03	1.710
	2004	XSBNTL30MIN_GF04	1.620	XSBNTLDAILY_GF04	67
		XSBNQX30MIN_GF04	1.727
	2005	XSBNTL30MIN_GF05	1.598	XSBNTLDAILY_GF05	67
		XSBNQX30MIN_GF05	1.723
合計		文件數量	66個	數據量（MB）	78.94

在日尺度上，數據文件（數據子集）的名稱為格式為「年份+台站+類型+日統計數據.xls」，數據代碼為「AAATLDAILY_GFYY.xls」。其中，AAA表示站點縮略名（見表1）；TL表示通量；DAILY表示數據的時間分辨率為日；GF表示插補；YY表示數據產生年份的後兩位，如2003表示為03。

2.2 數據文件示例

以長白山站2003年數據文件為例，表6–7分別為CBSTL30MIN_GF03.xls、CBSQX30MIN_GF03.xls和CBSTLDAILY_GF03的數據表頭。

表6 半小時通量觀測數據

數據項	數據類型	計量單位	數據項說明	示例
年	數字		年份	2003
月	數字		月份	1
日	數字		日期	1
時	數字		小時	7
分	數字		分鐘	0
CO2通量	數字	mgm-2 s-1	經過質控和異常值剔除後的CO2通量	0.03017
潛熱通量	數字	W m-2	經過質控和異常值剔除後的潛熱通量	−0.28914
顯熱通量	數字	W m-2	經過質控和異常值剔除後的顯熱通量	−9999

數據表頭說明： （1）「CO2通量」表示經過質控和異常值剔除後的CO2通量（mg m-2 s-1）；（2）「潛熱通量」表示經過質控和異常值剔除後的潛熱通量（W m-2）；（3）「顯熱通量」表示經過質控和異常值剔除後的顯熱通量（W m-2）。

表7 半小時氣象觀測數據

數據項	數據類型	計量單位	數據項說明	示例
年	數字		年份	2003
月	數字		月份	1
日	數字		日期	1
時	數字		小時	9
分	數字		分鐘	30
四層空氣溫度	數字	℃	植被冠層下方的空氣溫度	−18.53
五層空氣溫度	數字	℃	植被冠層上方的空氣溫度	−18.81
天空短波輻射	數字	W m-2	總輻射平均值	277.2
光合有效輻射	數字	μmol m-2 s-1	光合有效輻射平均值	483.2
降水量	數字	mm	降水量累計值	0.2

數據表頭說明： （1）四層平均氣溫表示植被冠層上方的空氣溫度（℃）；（2）五層平均氣溫表示植被冠層上方的空氣溫度；（3）平均天空總輻射表示冠層上方接受的太陽總輻射（W m-2）；（4）有效輻射平均值表示冠層上方的光合有效輻射（μmol m-2 s-1）；（5）總降水量表示降水量的累計值（mm）。其中剔除後的數據以「−99999」表示。需要說明的是，對於農田和草地台站而言，空氣溫度表示為一層空氣溫度和二層空氣溫度，前者的觀測高度低於後者。具體安裝高度參見表4。

表8 日尺度通量觀測數據

數據項	數據類型	計量單位	數據項說明	示例
年	數字		年份	2003
月	數字		月份	1
日	數字		日期	1
NEE	數字	g C m-2 d-1	日尺度的CO2通量累計值	-0.03325
GEE	數字	g C m-2 d-1	日尺度的GEE累計值	-0.52953
Re	數字	g C m-2 d-1	日尺度的生態系統呼吸累計值	0.49628
LE	數字	Kg H2O m-2d-1	日尺度的潛熱通量累計值	0.02922
H	數字	Kg H2O m-2d-1	日尺度的顯熱通量累計值	0.46578

數據表頭說明： （1）NEE表示日尺度的CO2通量累計值（g C m-2 d-1）；（2）Re表示日尺度的生態系統呼吸累計值（g C m-2 d-1）；（3）GEE表示日尺度的總生態系統生產力累計值（g C m-2 d-1）；（4）LE表示日尺度的潛熱量累計值（Kg H2O m-2d-1）；（5）H表示日尺度的顯熱量累計值（Kg H2O m-2d-1）。其中無法統計日值的數據以-99999表示。

3 數據質量控制和評估

3.1 數據質量控制

ChinaFLUX有嚴格的數據質量保證和質量控制規範，以支撐長期、連續的聯網觀測的開展和運行。本數據集從觀測、採集、質控、處理和存儲方面均遵循了ChinaFLUX的技術體系（圖2）。該技術體系是基於全球通量觀測研究領域普遍採用和認可的技術流程建立起來的^[8]，包括數據質控、缺失數據插補和通量拆分等方面。同時，亞洲通量觀測網（AsiaFlux）組織日本通量網（JapanFLux）、韓國通量網（KoFlux）和ChinaFLUX基於同一站點數據開展數據處理與質量控制的綜合比較，結果表明，不同網絡的計算結果表現出很好的一致性^[22]。

3.2 數據質量評價

基於全球通量觀測研究領域普遍使用的質量評價方法，對數據集的數據質量開展系統評價。譜分析結果表明，三維風速、CO2、H2O和溫度的功率譜在慣性子區內基本符合-2/3定律，而CO2、H2O和溫度與垂直風速的協譜在慣性子區內也基本符合-4/3定律^[23]。能力閉合分析表明，8個台站的能量平衡比率為0.57–0.95，平均為0.73^[24]，處於全球通量觀測台站能量平衡比率變化範圍之內^[17]。數據質控的不確定性分析表明，摩擦風速閾值是影響CO2通量年總量的主要因素，數據處理方法不確定性引起的總生態系統碳交換量和生態系統呼吸年總量估算相對偏差分別為3.88％–11.41％和6.45％–24.91％^[25]。

在半小時尺度上，不同台站和年份之間CO2通量、潛熱通量和顯熱通量的有效觀數據比例分別為42.6％±4.6％、54.1％±8.8％和54.7％±9.0％，在僅考慮白天數據的情況下，CO2通量有效觀測數據的比例可以達到60％–70％以上（表9）。數據缺失的原因可以分為兩類，一類是個性原因，主要為供電故障、儀器故障和干擾（如設備維護、雷擊等），特別是2004年鼎湖山站由於觀測系統返廠維修導致數據缺失明顯；另一類是共性原因，主要是數據質量控制中出現的數據缺失，包括異常數據剔除、夜間通量數據篩選等，特別是夜間數據的質控和篩選是引起有效觀測數據降低的主要因素。

表9 半小時尺度上不同站點通量數據質控後的有效數據比例（%）

站點名稱	年份	CO'2'通量	潛熱通量	顯熱通量
當雄	2004	35.2	48.9	49.2
	2005	43.3	60.3	60.6
鼎湖山	2003	46.7	50.3	50.9
	2004	33.4	36.4	36.5
	2005	49.1	56.4	57.0
海北	2003	44.5	63.5	64.1
	2004	39.7	57.6	58.4
	2005	41.2	61.4	62.4
內蒙古	2004	39.5	60.1	61.2
	2005	41.4	63.5	65.4
千煙洲	2003	47.8	52.9	52.8
	2004	46.7	51.7	51.6
	2005	45.5	49.9	49.8
西雙版納	2003	40.4	41.2	41.5
	2004	38.9	40.2	41.1
	2005	35.9	37.2	38.1
禹城	2003	39.1	54.2	54.5
	2004	45.6	63.6	63.7
	2005	41.4	56.1	56.6
長白山	2003	50.2	62.9	63.6
	2004	44.9	58.8	60.4
	2005	46.7	62.4	64.2

4 數據使用方法和建議

本數據集由CERN綜合研究中心和ChinaFLUX綜合研究中心提供數據共享資源，用戶可登錄數據資源服務網站（http://www.cnern.org.cn），在首页打开碳氮水通量数据集进入相应的数据浏览、在线申请页面。也可登录Science Data Bank（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/600）访问数据集信息。

通量觀測數據的質量控制與處理是國際通量觀測研究的基礎性內容，同時也是目前尚未得到很好解決的重要議題。因此，本數據集在使用中需要注意以下5個方面：

（1）由於受到觀測台站下墊面、植被特徵和氣候條件等因素的影響，渦度相關通量觀測數據的處理技術與方法目前還沒有全球普遍公認的一套技術體系。

（2）為了避免不同方法處理結果之間的差異，並便於不同站點之間開展比較分析，本數據是基於目前ChinaFLUX技術體系開展數據的質控和處理，因此計算結果可能與部分單台站自行計算結果之間存在一定的差異。

（3）隨着數據綜合處理技術的發展，ChinaFLUX也會更新和完善現有的技術體系，其結果也可能與現有方法之間存在一定差異。

（4）受觀測系統運行狀態（如供電、儀器故障和外界干擾）和數據質量控制（如異常數據剔除和夜間通量數據篩選）的影響，導致數據出現不同程度的缺失。考慮到數據插補可能引起的不確定性，如果是基於日尺度數據開展模型驗證和改進，建議查看半小時尺度數據有效性，優先選擇數據缺失較少的日尺度累積數據開展相應的研究。如果是基於半小時數據開展碳水交換過程研究，則優先選擇未插補數據，以減少不確定性。

（5）本數據集的質量控制和處理方法的詳細信息可參考於貴瑞等^[1]、Yu等^[8]和Wen等^[23]發表的文獻。

致謝

ChinaFLUX的運行和數據積累離不開所在CERN台站的大力支持，長白山站、千煙洲站、鼎湖山站、西雙版納站、內蒙古站、海北站、當雄（拉薩站）和禹城站承擔了通量和氣象觀測設備的野外維護和原始數據採集工作，為本數據集的生產做出了不可缺少的貢獻，特此致謝！

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數據引用格式

於貴瑞,郝彥賓, 王艷芬,等.2003–2005年中國通量觀測研究聯盟（ChinaFLUX）碳水通量觀測數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2018. (2018-07-06). DOI: 10.11922/sciencedb.600.

本作品在「知識共享-署名 4.0 國際」協議下發表。

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