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                    中國生態系統研究網絡(CERN)專題 II 區論文(已發表) ? 版本 ZH3 Vol 5 (2) 2020
                    下載
                    1997–2010年膠州灣葉綠素a濃度數據集
                    A dataset of chlorophyll-a concentration in the Jiaozhou Bay from 1997 to 2010
                    ?>>
                    : 2019 - 08 - 17
                    : 2020 - 02 - 25
                    : 2019 - 09 - 26
                    : 2020 - 06 - 15
                    极速快三
                    3750 19 0
                    摘要&關鍵詞
                    摘要:葉綠素a是植物光合作用中的重要光合色素。海水中的葉綠素a濃度是浮游植物現存量的重要指標,可以表征水域初級生產者的固碳能力。海水中的葉綠素a濃度數據一直是海洋生態系統研究的基礎數據,也是海域生物資源評估的重要依據。膠州灣是我國海洋生態系統研究的典型模式海灣,其生物區系結構具有南黃海的特征。山東膠州灣海洋生態系統國家野外科學觀測研究站(簡稱膠州灣站)在膠州灣及鄰近海域系統地開展氣象、物理、化學、生物等多項指標的長期定位監測。本數據集基于膠州灣站在12個定位監測站獲取的長期葉綠素a濃度數據整理形成。整理過程采用中國生態系統研究網絡(CERN)統一規范的數據處理方法和質量控制體系對原始數據進行質量控制、整理和加工。同時對時間序列數據進行3sigma檢驗結合臨近站點時間序列對比進行異常值剔除,統一插補后形成數據表格,同時提供長時間序列圖共享下載,滿足不同用戶的需求。本數據可以用于海灣生態健康評估、初級生產力長期變化、海灣生態系統演變、水色遙感等科學研究,也為政府有效制定環境質量限值和防治措施提供數據支撐。
                    關鍵詞:膠州灣;葉綠素a;1997–2010年;長期監測
                    Abstract & Keywords
                    Abstract:?Chlorophyll-a is an important photosynthetic pigment in plant photosynthesis. The concentration of chlorophyll-a in seawater is an important indicator of phytoplankton population, which can represent the carbon accumulation capacity of primary producers. The data on chlorophyll-a concentration in seawater are the basic information for studying marine ecosystem and assessing marine biological resources. The Jiaozhou Bay is a typical bay for the research of China’s marine ecological environment. Its phytoplankton structure is similar to that in the South Yellow Sea. The Jiaozhou Bay National Marine Ecosystem Research Station, Shandong (also known as the Jiaozhou Bay Station) conducted long-term monitoring of meteorological, physical, chemical, and biological indicators in the area of the Bay. The dataset was based on long-term chlorophyll-a observation from 12 fixed stations in the Jiaozhou Bay from 1997 to 2010 by the Jiaozhou Bay Station. The original data of the dataset were sorting out and processed by means of the data processing method and standardized quality control system specified by the Chinese Ecosystem Research Network of Chinese Academy of Sciences (CERN). The outliers of the time series data that failed the 3sigma test combined with the time series comparison of adjacent sites have been removed. To meet the needs of different users, the dataset is processed after interpolation, and long-time sequence diagrams are created for online download sharing. The dataset can be used for scientific research on gulf ecological health assessment, long-term changes in primary productivity, evolution of gulf ecosystem, water color remote sensing, etc., and provide data support for the government to effectively set environmental quality limits and take prevention and control measures.
                    Keywords:?the Jiaozhou Bay;?chlorophyll a;?1997–2010;?long-term monitoring
                    數據庫(集)基本信息簡介
                    數據庫(集)名稱1997–2010年膠州灣葉綠素a濃度數據集
                    數據作者趙永芳、鄭珊、孫曉霞、孫松
                    數據通信作者孫曉霞(xsun@qdio.ac.cn);孫松(sunsong@qdio.ac.cn)
                    數據時間范圍19972010年
                    地理區域膠州灣(120°04′–120°23′E,35°55′–36°18′N)位于山東半島南側的黃海之濱,被譽為青島市的“母親灣”,面積約370 km2,南北寬32 km,東西寬28 km,平均水深約7m,海岸線長30多公里,灘涂面積5.6萬畝,淺海面積近87萬畝。
                    數據量956條記錄,圖形2.6 MB
                    數據格式*.xlsx, *.zip
                    數據服務系統網址http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/839
                    基金項目國家科技部(CNERN)山東膠州灣海洋生態系統國家野外科學觀測研究站運行服務項目;中國生態系統研究網絡(CERN)膠州灣海洋生態系統定位研究站項目。
                    數據庫(集)組成本數據集由2部分組成,其一為表格型數據,其二是數據圖形。表格型數據集名為“1997-2010膠州灣葉綠素數據集.xlsx”共包括3個數據表,它們分別為:“定位站表層葉綠素a濃度”表、“海灣分區葉綠素a濃度”表和“海灣葉綠素a濃度”表。數據圖形為“1997-2010膠州灣葉綠素a長期時間序列圖.zip”,包括30張葉綠素a濃度長期時間序列圖,圖形的格式為.svg矢量圖。
                    Dataset Profile
                    TitleA dataset of chlorophyll-a concentration in the Jiaozhou Bay from 1997 to 2010
                    Data corresponding authorSun Xiaoxia (xsun@qdio.ac.cn), Sun Song(sunsong@qdio.ac.cn)
                    Data authorsZhao Yongfang, Zheng Shan, Sun Xiaoxia, Sun Song
                    Time range1997 – 2010
                    Geographical scopeLocated in the south of Shandong Peninsula and along the coast of the Yellow Sea, the Jiaozhou Bay (120°04'–120°23'E, 35°55'–36°18'N) is known as the “Mother Bay” of Qingdao City. The Jiaozhou Bay covers an area of about 370 km2, extending 32km from north to south, and 28km from east to west, with an average water depth of 7m, a coastline of over 30km, a coastal wetland area of 37.4 km2 and a neritic zone area of nearly 58.0 km2.
                    Data volume956 entries,2.6 MB
                    Data format*.xlsx, *.zip
                    Data service system<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/839>
                    Sources of fundingSupported by National Ecosystem Research Network of China, Ministry of Science and Technology and Chinese Ecosystem Research Network of Chinese Academy of Sciences.
                    Dataset compositionThe dataset consists of 2 subsets: the table data and the image data. The former named “Dataset of chlorophyll-a concentration in the Jiaozhou Bay from1997 to 2010.xlsx” is made up of three tables, namely “surface chlorophyll a concentration of station”, “surface chlorophyll a concentration of bay subarea”, and “surface chlorophyll a concentration of bay”; the latter named “Long-term time series diagram of chlorophyll a in the Jiaozhou Bay from 1997 to 2010.zip” is made up of 30 long-term time series images of chlorophyll-a concentration.
                    引 言
                    葉綠素a是植物光合作用中的重要光合色素,其含量是浮游植物現存生物量的指標之一[1-2]。海水中的葉綠素a濃度是浮游植物現存量的重要指標,其濃度能夠反映水體中浮游植物的豐度[3],表征水域初級生產者通過光合作用生產有機碳的能力,是海洋生態系統研究的重要內容,也是海域生物資源評估的重要依據。
                    膠州灣是我國集港口、旅游和水產養殖功能于一體的溫帶半封閉海灣,既具有半封閉系統特點,也與南黃海保持一定強度的生物和水交換,一直是我國海洋生態系統研究的典型模式海灣。灣內葉綠素a的濃度受到營養鹽、浮游植物結構、浮游動物的變動等多種因素的影響,因而是開展膠州灣生態系統動態變化研究的基礎數據。
                    山東膠州灣海洋生態系統國家野外科學觀測研究站(簡稱膠州灣站)始建于1981年,是我國溫帶海域唯一集監測、研究與示范為一體的綜合性生態系統研究站。1991年成為中國生態系統研究網絡(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)的野外觀測基本站之一,按照CERN統一的觀測規范,對海灣生態系統的氣象、水文物理、海洋化學、海洋生物要素進行長期、連續的觀測研究,積累了大量的監測和研究數據。
                    本數據集基于膠州灣站在12個定位監測站獲取的長期葉綠素a濃度數據整理形成。整理過程采用CERN統一規范的數據處理方法和質量控制體系對原始數據進行質量控制和整理、加工,之后對時間序列數據進行3sigma檢驗,結合臨近站點時間序列對比進行異常值剔除。缺失值統一插補后整理出“定位站表層葉綠素a濃度”“海灣分區葉綠素a濃度”和“海灣葉綠素a濃度”3張數據表,繪制出長時間序列圖并提供共享下載。這些長期定點觀測數據是評價海灣生態健康、研究生產力長期變化、揭示海灣生態系統演變規律的基礎數據,也為水色遙感獲取葉綠素a濃度提供基準參數,為政府部門有效制定環境質量限值和防治措施提供數據支撐。
                    1 ? 數據采集和處理方法
                    1.1 ? 采樣站點設置
                    膠州灣站對膠州灣及鄰近海域進行連續長期定點采樣的葉綠素a觀測已近30年,設置定點站位14個,選擇其中連續性好的12個站位(圖1)數據進行整理。站位的設定原則為涵蓋整個海灣,在不同的水文物理狀況、人類經濟活動影響的區域設定代表站位。本數據集樣地編碼采用CERN長期生態聯網監測中的編碼,依據站點空間位置及代表性將調查區域分為5個區域,具體分區及代表性見表1。


                    圖1 ? 膠州灣生態站長期定位監測采樣站位圖
                    表1 ? 膠州灣分區及其代表定點站位
                    區域區域代表性觀測站編碼經緯度
                    灣內,灣西區膠州灣最大河流–大沽河影響區,是主要貝類、藻類養殖區。JZB01120°11′12.0″E
                    36°08′00.0″N
                    JZB04120°10′36.9″E
                    36°06′16.4″N
                    灣內,灣東區工業排水污染區。富營養化重點監測區,赤潮多發區。本區大面積貝藻混養,周邊河流眾多,多為季節性河流,多數成為排污河道。JZB03120°19′48.0″E
                    36°09′18.0″N
                    JZB06120°17′30.0″E
                    36°06′00.0″N
                    灣內,灣中區淺水區為主要貝類養殖區,深水區為青島港內錨地,水交換峰面區。JZB02120°15′00.0″E
                    36°09′30.0″N
                    JZB05120°15′00.0″E
                    36°06′00.0″N
                    灣內,灣口區灣口深水主航道,周邊存在電廠和港口,水交換頻繁,物理生物變化劇烈,對灣內和灣外比較研究很重要。JZB07120°14′00.0″E
                    36°04′00.0″N
                    JZB08120°14′00.0″E
                    36°02′12.0″N
                    JZB09120°17′12.0″E
                    36°01′48.0″N
                    灣外區黃海的近海區,可代表外海及其鄰近海域情況。JZB10120°25′30.0″E
                    35°59′00.0″N
                    JZB12120°21′16.0″E
                    36°00′09.0″N
                    JZB13120°22′48.0″E
                    36°02′01.0″N
                    采樣頻率為每年4次(2月、5月、8月、11月),盡可能在月中旬組織航次,先后使用“科交2號”“創新號”科學考察船,使用GPS(TOPCON,HP5500)定位到定點站后使用Niskon采水器進行分水層樣品采集,采樣水層按照水域生態系統觀測規范[4]進行,即采集表層(0 m),底層(實測水深?2 m)以及10 m的整數倍層(如10 m、20 m等),<5 m的站位只采集0 m層。新采水樣立刻使用0.2 mm孔徑的篩絹去除浮游動物,之后使用醋酸纖維濾膜(0.45 μm,47 mm)過濾(負壓<0.030 MPa),所獲濾膜樣錫箔紙包好后避光、?20℃冷凍保存,于1個月內完成葉綠素a的含量測定。
                    1.2 ? 樣品分析方法
                    1997–2002樣品按照聯合國教科文推薦的分光光度法進行測定[5],90%丙酮萃取色素,使用751G型分光光度計測定混合提取液在750,664,647,630,50,480 nm波長處的消光值,應用Jefery-Humphrey等[6]建立的公式計算葉綠素a的含量。2003–2010年按海洋監測規范[7]規定的萃取熒光法,使用Turner Designs Model-10熒光光度計進行測定,計算葉綠素a含量。熒光光度計每半年標定一次,采用Sigma-Aldrich Chlorophyll a標準品(C-5753≥85.0%,HPLC級,1 mg)。
                    1.3 ? 數據處理與成圖
                    樣品測定后得到各站位葉綠素a的含量,對每個站位采用3sigma檢驗結合臨近站點時間序列對比進行異常值剔除。單站位時間序列缺失率小于10%并且缺失值不連續時統一進行缺失值插補后結合采樣時間,整理出“定位站表層葉綠素a濃度”數據表。再根據海灣分區統計出“海灣分區葉綠素a濃度”數據表。最后選擇灣內及灣口9個定位站統計出“海灣葉綠素a濃度”數據表。海灣分區及全灣指標統計均取平均值。插補后的數據在備注中說明,不符合插補的缺失值用“-”表示,定位站水柱平均值按照如下方式計算:
                    1) 采水水層數n=1,即僅采集表層時,\({Lave}_{i}={L}_{i1}\)
                    2) 采水水層數n>1時,\({Lave}_{i}=\frac{\sum _{j}^{n}\left({L}_{ij}+{L}_{i\left(j+1\right)}\right)*\left({D}_{i\left(j+1\right)}-{D}_{ij}\right)}{2{D}_{in}}\)
                    其中:\({Lave}_{i}\)為定位站i水柱平均濃度;\({L}_{i1}\)為定位站i表層樣品濃度;\({L}_{ij}\)為定位站ij采水層的樣品濃度;\({D}_{ij}\)為定位站ij采水層的水深。
                    缺失值插補采用R語言“longitudinalData”包中imputation函數(method="linearInterpol.bisector", lowerBound="min", upperBound="max"),繪圖采用R語言ggplot2包繪出葉綠素a時間序列變化圖,直觀展示數據集。具體數據處理流程見圖2。


                    圖2 ? 葉綠素a濃度數據集構建流程圖
                    2 ? 數據樣本描述
                    1997–2010年膠州灣葉綠素a濃度數據集為Excel表格型數據和zip圖形壓縮文件。表格型數據文件包含3個數據表:“定位站表層葉綠素a濃度”表存放12個定位站表層葉綠素a濃度的數據,共計620條數據;“海灣分區葉綠素a濃度”表存放分區統計后的表層、底層和水柱平均葉綠素a濃度的數據,共計280條數據;“海灣葉綠素a濃度”表存放海灣統計的表層、底層和水柱平均葉綠素a濃度數據,共計56條數據。數據表單所包含的具體字段名稱、類型和示例見表2–4。
                    表2 ? 定位站表層葉綠素a濃度表內容
                    序號字段名稱量綱數據類型樣例數據
                    1年份-文本型1997
                    2月份-文本型05
                    3站位編碼-文本型JZB07
                    4表層葉綠素a濃度μg/L數值型3.43
                    5備注-文本型葉綠素a插值
                    表3 ? 海灣分區葉綠素a濃度表內容
                    序號字段名稱量綱數據類型樣例數據
                    1年份-文本型1997
                    2月份-文本型03
                    3區域-文本型灣中區
                    4表層葉綠素a濃度μg/L數值型20.55
                    5底層葉綠素a的濃度μg/L數值型5.99
                    6水柱平均葉綠素a的濃度μg/L數值型21.30
                    表4 ? 海灣葉綠素a濃度表內容
                    序號字段名稱量綱數據類型樣例數據
                    1年份-文本型1997
                    2月份-文本型05
                    3表層葉綠素a濃度μg/L數值型7.58
                    4底層葉綠素a的濃度μg/L數值型4.82
                    5水柱平均葉綠素a的濃度μg/L數值型7.42
                    zip圖形壓縮文件包含按照定位站和區域進行葉綠素a長時間序列繪制的圖形30張,圖形命名規律為“站位/區域+要素名.svg”,圖形為矢量化格式,可以滿足出版和各類顯示需求,示例如圖3。


                    圖3 ? 膠州灣JZB01長期定位站表層葉綠素a濃度長期變化圖
                    3 ? 數據質量控制和評估
                    在水體葉綠素a樣品的采集、室內分析以及數據處理過程中,嚴格按照CERN統一的水域生態系統觀測規范[4]和國家海洋監測規范[7]來開展相關工作。
                    膠州灣站設有專門的葉綠素a監測技術和質量負責人,每次樣品分析測試前都要對樣品測試人員進行技術培訓,以保證分析數據的質量。熒光光度計每半年標定一次。紙質資料錄入完成后進行核對,保證資料無誤、不重、不漏,樣品損失無法獲取的數據確定為缺失值。
                    編寫R程序對單個數據點進行時間序列和空間鄰近點的對比檢查,對同一定位站的葉綠素a濃度進行3sigma檢驗遴選出超出范圍的點(概率≤3%),繪制本定位站及鄰近定位站長期時間序列圖,遴選出的點如與鄰近定位站趨勢不一致則確定為異常值并進行剔除。葉綠素a數據全部通過檢驗,相鄰定位站趨勢一致性好。僅對單個定位站缺失率小于10%并且缺失值不相鄰的缺失值進行插補。2000年數據全年缺失,不符合插補條件,均以缺失值處理。
                    4 ? 數據價值
                    本數據集為1997–2010年膠州灣14年的長期定位葉綠素a監測數據,為膠州灣環境狀況、生態系統演變、海洋健康評估、海灣治理等科學研究和政府決策提供了可靠的數據,也可以用于典型海灣之間的對比研究。
                    為方便使用,我們提供數據集的xlsx電子資料,用戶可以直接使用Microsoft Excel 2007以上軟件版本打開瀏覽和使用。在此數據基礎上,提供定位站及分區指標時間序列矢量圖以供下載使用,滿足出版和屏幕顯示的多種需求。
                    致 謝
                    感謝參加膠州灣站長期監測采樣工作的工作人員、畢業研究生以及“科交2號”“創新號”科考船的所有成員的支持。
                    [1]
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                    數據引用格式
                    趙永芳, 鄭珊, 孫曉霞, 孫松. 1997–2010年膠州灣葉綠素a濃度數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-09-04). DOI: 10.11922/sciencedb.839.
                    稿件與作者信息
                    論文引用格式
                    趙永芳, 鄭珊, 孫曉霞, 孫松. 1997–2010年膠州灣葉綠素a濃度數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2020, 5(2). (2020-06-12). DOI: 10.11922/csdata.2019.0039.zh.
                    趙永芳
                    Zhao Yongfang
                    主要承擔工作:數據處理、數據集編制、數據質量控制和數據可視化。
                    (1981—),女,山東臨沂人,碩士,工程師,研究方向為數據信息管理與數據產品開發。
                    鄭珊
                    Zheng Shan
                    主要承擔工作:野外樣品采集、儀器標定與樣品測定,原始數據質量控制。
                    (1976—)女,河北唐山人,博士,助理研究員,研究方向為浮游植物初級生產力。
                    孫曉霞
                    Sun Xiaoxia
                    主要承擔工作:數據質量控制和數據質量評估。
                    xsun@qdio.ac.cn
                    (1974—),女,山東榮成人,博士,研究員,研究方向為海洋生態學和海洋微塑料研究。
                    孫松
                    Sun Song
                    主要承擔工作:定位站設定及總體工作部署。
                    sunsong@qdio.ac.cn
                    (1959—),男,山東萊陽人,博士,研究員,研究方向為海洋生態學研究。
                    出版歷史
                    I區發布時間:2019年9月26日 ( 版本ZH2
                    II區出版時間:2020年6月15日 ( 版本ZH3
                    參考文獻列表中查看
                    中國科學數據
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