2013–2018神農架地區氣溶膠光學厚度數據集

2013–2018神農架地區氣溶膠光學厚度數據集
作者：蘭天元　徐文婷　申國珍　趙常明　葛結林　熊高明　謝宗強
2019年10月7日

本作品收錄於《中國科學數據》

蘭天元, 徐文婷, 申國珍, 等. 2013–2018神農架地區氣溶膠光學厚度數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019. (2019-10-07). DOI: 10.11922/csdata.2019.0046.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：大氣氣溶膠是大氣的重要組成部分，氣溶膠光學厚度是大氣氣溶膠的重要性質，神農架地區是重要的森林生態系統和氣溶膠研究熱點區域。湖北神農架森林生態系統國家野外科學觀測研究站暨中國科學院神農架生物多樣性定位研究站（簡稱神農架站），位於神農架地區，對神農架地區的氣溶膠光學厚度展開了長期定位監測。本數據集收集、整理了神農架站2013-2018年氣溶膠光學厚度數據。本數據集可為神農架地區森林生態系統的氣溶膠變化規律研究和氣溶膠光學厚度時空動態的遙感反演和模型建立提供參考。

關鍵詞：大氣氣溶膠；氣溶膠光學厚度；神農架；定位監測

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

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	2013–2018神農架地區氣溶膠光學厚度數據集
數據作者	蘭天元，徐文婷，申國珍，趙常明，葛結林，熊高明，謝宗強
數據通信作者	謝宗強（xie@ibcas.ac.cn）
數據時間範圍	2013~2018年
地理區域	湖北神農架森林生態系統國家野外科學觀測研究站暨中國科學院神農架生物多樣性定位研究站，站區位於鄂西神農架地區（東經109°29′34.8″–111°56′24″、北緯30°57′28.8″–32°14′6″）。
數據量	41 KB
數據格式	*.xlsx
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/863
基金項目	CERN監測網絡，國家生態系統觀測研究共享服務平台項目（2005DKA10300）。
數據庫（集）組成	本數據集包括說明文檔和氣溶膠光學厚度數據。氣溶膠光學厚度數據有12個字段，分別為年、月、440 nm氣溶膠光學厚度月平均值、440 nm氣溶膠光學厚度月標準差、500 nm氣溶膠光學厚度月平均值、500 nm氣溶膠光學厚度月標準差、675 nm氣溶膠光學厚度月平均值、675 nm氣溶膠光學厚度月標準差、870 nm氣溶膠光學厚度月平均值、870 nm氣溶膠光學厚度月標準差、936 nm氣溶膠光學厚度月平均值、936 nm氣溶膠光學厚度月標準差。

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

大氣氣溶膠是懸浮在大氣中，直徑為10-3–10 μm的固體或液體的細微顆粒，是大氣的重要組成部分之一^[1]。大氣氣溶膠通過反射太陽入射光冷卻氣候系統，同時吸收太陽入射輻射使大氣升溫並導致地表溫度降低，影響地球的輻射平衡和全球氣候變化^[2]。大氣氣溶膠也是大氣的主要污染物，在生物有機體、病原體等的傳播中發揮着重要的作用，可引起或增強呼吸道、心血管、傳染性和變異性疾病，對人體健康產生危害^[3]。氣溶膠光學厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）是大氣氣溶膠的一個重要參數^[4]。獲取準確的氣溶膠光學厚度並對其進行研究具有重要的意義。

神農架地區是氣溶膠聚集地，是氣溶膠研究熱點地區^[5]。然而國內關於神農架地區氣溶膠的研究較少，且缺乏地面實測數據支持。本數據集源自於神農架站的氣象監測數據，包括不同波段的氣溶膠光學厚度。本數據為神農架地區首個長期地面監測氣溶膠光學厚度數據。

1 數據採集和處理方法

1.1 數據採集

數據來自於湖北神農架森林生態系統國家野外科學觀測研究站暨中國科學院神農架生物多樣性定位研究站（簡稱神農架站）。神農架站位於神農架地區（東經109°29′34.8″–111°56′24″、北緯30°57′28.8″–32°14′6″），地處湖北、重慶、陝西三省交界，為大巴山脈東段中山地貌^[6]。神農架地區屬於中國東部平原丘陵向西部高原山地過渡及亞熱帶氣候向暖溫帶氣候過渡的地區，具有北亞熱帶季風氣候特點^[7]。森林類型以北亞熱帶常綠落葉闊葉混交林為主，代表了秦巴山地地帶性森林生態系統類型。

採集時間為2013年3月至2018年6月，在固定採樣點（東經110°13′1.2″、北緯31°22′58.8″）使用太陽光度計MICROTOPS II採集大氣氣溶膠光學厚度數據。太陽光度計MICROTOPS II的初始參數已經統一設定，可以根據接收不同波段的太陽光產生的電信號自動算出該波段的氣溶膠光學厚度。採集時選擇晴和多雲的天氣（避免雲層對太陽光的遮擋），在衛星過境的時間內進行數據採集，分別是上午10:00、下午1:00、下午2:00、下午2:30，共4次。

1.2 數據處理

數據處理主要為根據已有研究，對數據中的異常值進行篩選、分析和處理。篩選異常數據的方法為對獲得的實驗數據進行閾值和標準差校驗，篩選出可疑的結果，然後根據當天的天氣記錄，分析可能的原因，然後決定是否剔除該異常數據。

2 數據樣本描述

本數據集包括說明文檔和氣溶膠光學厚度數據。說明文檔為對氣溶膠光學厚度數據每個字段的數據類型和數據示例，還包括儀器型號、觀測方法、觀測人員、時間範圍等信息。氣溶膠光學厚度數據為2013–2018年間記錄的全部氣溶膠光學厚度數據。共計12個字段。具體的字段名稱、類型及示例見表1。

表1 神農架氣溶膠光學厚度數據字段說明

字段	數據類型	數據示例
年	數值型	2013
月	數值型	3
440nm氣溶膠光學厚度月平均值	數值型	0.833
440nm氣溶膠光學厚度月標準差	數值型	0.516
500nm氣溶膠光學厚度月平均值	數值型	0.701
500nm氣溶膠光學厚度月標準差	數值型	0.501
675nm氣溶膠光學厚度月平均值	數值型	0.626
675nm氣溶膠光學厚度月標準差	數值型	0.475
870nm氣溶膠光學厚度月平均值	數值型	0.586
870nm氣溶膠光學厚度月標準差	數值型	0.464
936nm氣溶膠光學厚度月平均值	數值型	0.534
936nm氣溶膠光學厚度月標準差	數值型	0.422

3 數據質量控制和評估

本數據集的質量控制分為以下兩級：

3.1 數據採集前質量控制

神農架站設有經過培訓、專門負責測量的人員，在氣溶膠光學厚度數據採集的過程中，嚴格按照實驗操作規範來開展相關工作。

3.2 數據採集後質量控制

對獲得的實驗數據進行閾值和標準差校驗，篩選出可疑的結果，然後根據當天的天氣記錄，分析可能的原因。之後對數據進行可視化處理，可以更為清晰地查看數據的分布，並與其他研究獲得的數據進行對比。每月平均氣溶膠光學厚度見圖1。其中誤差條表示標準差。

圖片

圖1 2013年3月至2018年6月每月平均氣溶膠光學厚度（500 nm）

4 數據價值

除本數據集之外，沒有其他數據長期連續記錄神農架地區氣溶膠光學厚度，因此本數據對研究神農架地區和森林生態系統的氣溶膠變化規律都非常具有價值。利用不同波段的氣溶膠光學厚度可以計算Angstrom參數，該參數能夠反映氣溶膠顆粒的大小。氣溶膠光學厚度是從地面儀器中遠程評估大氣氣溶膠的最全面的變量，並可用於對衛星遙感數據進行大氣校正，本數據集可為氣溶膠光學厚度時空動態的遙感反演和模型建立提供地面實測數據支持。

參考文獻

1. 王躍思, 辛金元, 李占清, 等. 中國地區大氣氣溶膠光學厚度與Angstrom參數聯網觀測(2004-08~2004-12)[J]. 環境科學, 2006, 27(9):1703-1711.
2. 張小曳. 中國大氣氣溶膠及其氣候效應的研究[J]. 地球科學進展, 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. 鄭小波, 羅宇翔, 趙天良, 等. 中國氣溶膠分布的地理學和氣候學特徵[J]. 地理科學, 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. 謝宗強, 申國珍. 神農架自然遺產的價值及其保護管理[M]. 北京: 科學出版社, 2018.
7. 謝宗強, 申國珍, 周友兵, 等. 神農架世界自然遺產地的全球突出普遍價值及其保護[J].生物多樣性, 2017, 25(5): 490-497.

數據引用格式

蘭天元, 徐文婷, 申國珍, 等. 2013–2018神農架地區氣溶膠光學厚度數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-08-29). DOI: 10.11922/sciencedb.863.