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                    中國通量觀測研究網絡(ChinaFLUX)專題 II 區論文(已發表) ? 版本 ZH3 Vol 6 (1) 2021
                    下載
                    2003–2010年千煙洲人工針葉林碳水通量觀測數據集
                    An observation dataset of carbon and water fluxes of artificial coniferous forests in Qianyanzhou (2003–2010)
                    戴曉琴,王輝民,徐明潔,楊風亭,溫學發,陳智,張雷明,孫曉敏,于貴瑞
                    ?>>
                    : 2020 - 05 - 09
                    : 2021 - 01 - 27
                    : 2020 - 07 - 01
                    : 2021 - 03 - 29
                    极速快三
                    1415 16 0
                    摘要&關鍵詞
                    摘要:全球變化背景下陸地生態系統碳水循環過程、控制機理及其對環境變化的響應是生態學與全球變化科學長期致力解決的重大科學問題。渦度相關技術是原位、連續、高頻觀測生態系統碳水交換過程的強有力技術途徑。中國科學院千煙洲亞熱帶森林生態系統觀測研究站(簡稱千煙洲站)作為國內首批建立渦度相關觀測系統的野外臺站,已經持續積累了17年的人工針葉林生態系統碳水交換通量的科學觀測數據。為了推動中國乃至全球陸地生態系統通量研究及相關領域的發展,千煙洲站公開發表了整理加工的2003–2010年連續觀測的碳水通量及相關氣象要素數據。本數據集包含生態系統總初級生產力、生態系統呼吸、凈生態系統生產力、潛熱通量、顯熱通量、空氣溫度、空氣相對濕度、水汽壓、風速、風向、土壤溫度、土壤水分、太陽輻射、光合有效輻射和降水等觀測指標,形成了半小時、日、月和年尺度數據產品。
                    關鍵詞:渦度相關技術;通量數據;碳水循環;氣象要素;人工針葉林
                    Abstract & Keywords
                    Abstract:?The cycling process and control mechanism of carbon and water in terrestrial ecosystems and their response to environmental change under global changes are prominent scientific problems in the fields of ecology and the global change for a long time. Eddy covariance is a powerful method for in-situ, continuous and high-frequency observation of the carbon and water exchange process in ecosystems. Qianyanzhou Ecological Research Station (QYZ), as one of the first field station establishing the system of eddy covariance in China, has been continuously accumulating scientific observation data of carbon and water fluxes of artificial coniferous forests for 17 years. In order to promote the development of carbon and water fluxes of terrestrial ecosystem in China and even the world, QYZ published the carbon and water fluxes and related meteorological data observed and processed from 2003 to 2010. The dataset includes the data of gross ecosystem primary productivity, ecosystem respiration, net ecosystem productivity, latent heat flux, sensible heat flux, air temperature, air relative humidity, vapor pressure, wind speed, wind direction, soil temperature, soil moisture, solar radiation, photosynthetic active radiation, and precipitation, etc. The dataset is composed of the observation data on scales of half hour, day, month, and year.
                    Keywords:?eddy covariance technique;?flux data;?carbon and water cycling;?meteorological data;?artificial coniferous forests
                    數據庫(集)基本信息簡介
                    數據庫名稱2003–2010年千煙洲人工針葉林碳水通量觀測數據集
                    數據通信作者王輝民(wanghm@igsnrr.ac.cn),張雷明(zhanglm@igsnrr.ac.cn)
                    數據生產者數據觀測者:戴曉琴,徐明潔,楊風亭,溫學發;數據負責人:王輝民,張雷明
                    數據時間范圍2003–2010年
                    地理區域中亞熱帶江西省泰和縣千煙洲站
                    生態系統類型人工針葉林生態系統
                    數據量36 MB
                    數據格式*.xlsx
                    數據服務系統網址http://www.cnern.org.cn/data/initDRsearch?classcode=SYC_A02
                    http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/993
                    基金項目國家自然科學基金項目(41830860),中國科學院戰略性先導科技專項(XDA19020302)
                    數據庫組成分為半小時、日尺度、月尺度和年尺度常規氣象數據(空氣溫度、空氣相對濕度、水汽壓、風速、風向、土壤溫度、土壤水分、太陽輻射、光合有效輻射和降水等)和碳水通量(生態系統總初級生產力、生態系統呼吸、凈生態系統生產力、潛熱通量、顯熱通量)數據產品表格。
                    Dataset Profile
                    TitleAn observation dataset of carbon and water fluxes of artificial coniferous forests in Qianyanzhou (2003–2010)
                    CorrespondenceWANG Huimin (wanghm@igsnrr.ac.cn); ZHANG Leiming(zhanglm@igsnrr.ac.cn)
                    Data producersObserver: DAI Xiaoqin, XU Mingjie, YANG Fengting, WEN Xuefa; Director: WANG Huimin, ZHANG Leiming
                    Time range2003–2010
                    Geographical scopeQianyanzhou experimental station, Taihe county, Jiangxi province, mid-subtropical China
                    Ecosystem typeArtificial coniferous forests
                    Data amount36 MB
                    Data format*.xlsx
                    Data service system<http://www.cnern.org.cn/data/initDRsearch?classcode=SYC_A02>
                    < http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/993>
                    Source of fundingNational Natural Science Foundation of China (41830860); Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDA19020302)
                    Dataset compositionThe dataset includes regular meteorological data on scales of half hour, day, month, and year (air temperature, air relative humidity, vapor pressure, wind speed, wind direction, soil temperature, soil moisture, solar radiation, photosynthetic active radiation, and precipitation), and carbon and water fluxes (gross ecosystem primary productivity, ecosystem respiration, net ecosystem productivity, latent heat flux, sensible heat flux).
                    引 言
                    全球變化背景下陸地生態系統碳水循環過程、控制機理及其對環境變化的響應是生物地球化學家們一直致力解決的重大科學問題。渦度相關技術是直接觀測生態系統與大氣間CO2和水熱通量的微氣象學技術,該技術實現了沒有任何干擾的條件下對生態系統多過程、多要素的長期連續的協同觀測[1],為解決這一關鍵科學問題提供了強有力的工具。
                    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,中國科學院千煙洲亞熱帶森林生態系統觀測研究站(原中國科學院–江西省千煙洲紅壤丘陵綜合開發試驗站,簡稱千煙洲站)作為國內首批建立碳水通量渦度相關觀測系統的野外臺站,于2002年開始積累人工林生態系統碳水交換通量的科學觀測數據。到目前為止,已經持續觀測17年,獲得了寶貴的第一手數據資料,該數據已經在多領域、多學科,被廣大科研院校的研究人員大量應用[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11],極大推動了相關學科的發展。
                    為了進一步推動中國乃至全球陸地生態系統碳水通量研究及相關領域的發展,千煙洲站通過數據加工整理,公開發表2003–2010年連續觀測的碳水通量及相關氣象要素數據,以期服務更多的政府機構、科研人員和公眾使用這些數據開展研究,充分發揮所獲數據的價值,進一步推動相關領域的發展。本數據集包含生態系統總初級生產力、生態系統呼吸、凈生態系統生產力、潛熱通量、顯熱通量、空氣溫度、空氣相對濕度、水汽壓、風速、風向、土壤溫度、土壤水分、太陽輻射、光合有效輻射和降水等觀測指標,形成了半小時、日、月和年尺度數據產品。
                    1 ? 數據采集和處理方法
                    1.1 ? 數據來源
                    通量塔位于江西省泰和縣灌溪鎮千煙洲站,115°04′E,26°44′N,平均海拔為110.8 m,相對高差20–50 m。站區屬亞熱帶季風氣候,年平均溫度為17.9℃,1月平均溫度為6.4℃,7月平均溫度為28.8℃;年平均降水量為1489 mm,主要集中在3–6月。土壤類型主要為紅壤,成土母質多為紅色砂巖和砂礫巖[12]。站區屬于中亞熱帶常綠闊葉林區,但原生植被在20世紀80年代初被破壞,現有森林主要為1985年左右營造的人工林,主要樹種為馬尾松(Pinus massoniana)、濕地松(P. elliottii)和杉木(Cunninghamia lanceolata)。
                    千煙洲站通量塔建于2002年8月,是中國首批通量觀測站點之一,通量塔總高度43 m。以通量塔為中心1 hm2的樣地內建群種為馬尾松、濕地松和杉木,以49∶48∶3的面積呈塊狀混生,并伴有少量以木荷(Schima superba)為主的闊葉樹;林下灌木由白櫟(Quercus fabri)、檵木(Loropetalum chinense)、美麗胡枝子(Lespedeza formosa)組成;草本植物以刺芒野古草(Arundinella setosa)為主[13]。建塔初期冠層高度平均為12 m,葉面積指數為3.5 m2/m2[14]。
                    1.2 ? 數據采集方法
                    本數據集包含的觀測數據均通過自動化采集。各觀測項目測定所用儀器及型號、儀器制造商、以及數據采集傳感器及其廠家等相關信息見表1。CO2、H2O和能量通量安裝在39.6 m,原始數據為10 Hz,與30 min的平均通量數據利用數據采集器記錄并儲存;氣象數據觀測高度見表2,采集頻率1 min,計算為30 min數據存儲在數據采集器中。
                    表1 ? 觀測項目所用分析儀相關信息
                    觀測系統測定要素分析儀型號分析儀制造商數據采集傳感器型號數據采集傳感器制造商
                    常規氣象要素空氣溫度/濕度HMP45CVAISALACR10X
                    CR23X
                    CAMPBELL
                    降水量52203RM YOUNG
                    總輻射CM11KIPP&ZONEN
                    凈輻射CNR-1KIPP&ZONEN
                    光合有效輻射LI190SBLI-COR
                    風速A100RVECTOR
                    風向W200PVECTOR
                    壓力CS105VAISALA
                    紅外溫度傳感器IRTS-PPOGEE
                    土壤溫度105T,107-LCAMPBELL
                    土壤水分CS615-LCAMPBELL
                    土壤熱通量HFP01HUKSEFLUX
                    CO2和水熱通量三維超聲風速CSAT3CAMPBELLCR5000CAMPBELL
                    CO2、H2O密度LI-7500LI-COR
                    顯/潛熱通量LI-7500LI-COR
                    表2 ? 氣象數據表說明及指標觀測高度
                    數據項計量單位觀測高度數據項說明
                    --年份
                    --月份
                    --日期
                    --小時
                    --分鐘
                    --
                    近地面空氣溫度1.6 m近地面平均空氣溫度
                    冠層上方空氣溫度39.6 m冠層上方平均空氣溫度
                    近地面空氣濕度%1.6 m近地面平均相對濕度
                    冠層上方空氣濕度%39.6 m冠層上方平均相對濕度
                    近地面水汽壓kPa1.6 m近地面水汽壓
                    冠層上方水汽壓kPa39.6 m冠層上方水汽壓
                    近地面風速m/s1.6 m近地面風速
                    冠層上方風速m/s39.6 m冠層上方風速
                    風向degree41.6 m風向
                    大氣壓kPa2 m大氣壓強
                    太陽輻射W/m241.6 m太陽輻射
                    凈輻射W/m241.6 m凈輻射
                    光合有效輻射μmol/(m2 s-1)39.6 m光合有效輻射
                    一層土壤溫度?5 cm5 cm土壤溫度
                    二層土壤溫度?10 cm10 cm土壤溫度
                    三層土壤溫度?20 cm20 cm土壤溫度
                    四層土壤溫度?50 cm50 cm土壤溫度
                    五層土壤溫度?100 cm100 cm土壤溫度
                    一層土壤體積含水量m3/m3?5 cm5 cm土壤水分
                    二層土壤體積含水量m3/m3?20 cm20 cm土壤水分
                    三層土壤體積含水量m3/m3?50 cm50 cm土壤水分
                    降水量mm41.6 m總降雨量
                    1.3 ? 數據處理和產品加工方法
                    本數據集發布的數據從觀測、采集、質控、處理和存儲方面均嚴格遵循中國通量觀測研究網絡(ChinaFLUX)制定的標準化的數據處理和質量控制技術體系[14],詳細方法見于貴瑞等[15]、Wen等[16]和Yu等[17]。
                    數據質量控制:采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、超聲虛溫校正、坐標軸旋轉、WPL校正、頻率損失校正、冠層儲存項校正、穩態測試與湍流積分特性、夜間摩擦風速閾值篩選和異常值剔除,以及能量閉合評價。坐標軸旋轉采用平面擬合,冠層CO2存儲項估算采用單點CO2濃度變化的方式。
                    缺失數據插補:對于短時間(小于2小時)內缺失的通量和氣象觀測數據,采用線性內插的方式完成插補;對于長時間缺失的氣象數據,利用氣象站觀測資料(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。
                    對于長時間缺失的CO2通量數據,采用非線性回歸的方式。其中夜間缺失數據利用Arrhenius方程插補,方程中Q10表達為土壤溫度和土壤水分的線性方程。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。
                    CO2通量數據拆分:采用邊際分布采樣法完成數據拆分。首先,基于夜間觀測數據,采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系數;然后,利用該方程計算夜間和白天的生態系統呼吸;最后,利用插補完成的白天CO2通量數據和計算得到的生態系統呼吸,求和得到總生態系統生產力。
                    2 ? 數據樣本描述
                    2.1 ? 數據子集與數據量
                    本數據集為千煙洲站人工林2003–2010年連續8年的碳水通量觀測數據,每年有8個EXCEL數據文件,分為兩類數據文件,一類常規氣象數據文件,一類通量數據文件。每年每類數據文件各有4個,即30分鐘、日、月和年尺度,總共64個文件,總數據量36 MB。
                    2.2 ? 數據文件示例
                    以2003年數據文件為例,表2–3分別為2003年千煙洲30分鐘氣象和通量數據表頭說明,所有數據項數據均是以數字形式呈現。
                    表3 ? 通量數據表說明
                    數據項計量單位數據項說明
                    -年份
                    -月份
                    -日期
                    -小時
                    -分鐘
                    NEEmg CO2 m-2 s-1半小時尺度的凈生態系統生產力/ CO2通量
                    REmg CO2 m-2 s-1半小時尺度的生態系統呼吸
                    GEEmg CO2 m-2 s-1半小時尺度的總生態系統生產力
                    LEW m-2半小時尺度的潛熱通量
                    HsW m-2半小時尺度的顯熱通量
                    3 ? 數據質量控制和評估
                    半小時尺度上,不同年份之間凈生態系統生產力(CO2通量)、潛熱通量和顯熱通量的有效觀測數據比例分別為48.3%–76.7%、49.8%–84.2%、51.7%–87.4%,其中2003年和2010年有效數據量最低,一般為50%左右。另外,除2007年凈生態系統生產力有效數據在65.7%外,其余年份凈生態系統生產力(CO2通量)、潛熱通量和顯熱通量有效數據量均達到70%以上(表4)。
                    表4 ? 半小時尺度上不同年份質控后有效的通量數據比例(%)
                    年份凈生態系統生產力潛熱通量顯熱通量
                    200348.349.851.7
                    200476.784.287.4
                    200573.381.883.8
                    200675.683.084.8
                    200765.772.775.7
                    200870.579.381.5
                    200974.482.184.8
                    201048.552.054.2
                    4 ? 數據使用方法和建議
                    本數據已在國家科技資源共享服務平臺(http://www.cnern.org.cn)發布,用戶登錄系統后,點擊“數據資源”欄目,選擇“碳氮水通量觀測數據集”,在右側數據資源搜索框中輸入“千煙洲站”字樣,點擊查詢,即可進入相關數據下載界面。
                    本數據集可應用于模型的開發、驗證。為了便于不同站點數據的比較,本數據集采用ChinaFLUX制定的標準技術體系進行數據處理和質量控制。但是由于不同插值方法計算結果存在差異,即使年通量差異相對較小,也可能導致季節動態較大的不同,因此在機理解析中應尤其慎重。
                    致 謝
                    感謝黃遠芬長期以來在數據采集方面的貢獻,感謝劉允芬研究員在數據質量控制、系統運行與維護方面的貢獻。
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                    數據引用格式
                    戴曉琴, 王輝民, 徐明潔, 等. 2003–2010年千煙洲人工針葉林碳水通量觀測數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2020. (2020-05-09). DOI:10.11922/sciencedb.993.
                    稿件與作者信息
                    論文引用格式
                    戴曉琴, 王輝民, 徐明潔, 等. 2003–2010年千煙洲人工針葉林碳水通量觀測數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2021, 6(1). (2020-06-02). DOI: 10.11922/csdata.2020.0036.zh.
                    戴曉琴
                    Dai Xiaoqin
                    主要承擔工作:數據監測和論文撰寫。
                    (1978—),女,副研究員,研究方向為生態系統物質循環。
                    王輝民
                    Wang Huimin
                    主要承擔工作:總體把握與論文修改。
                    wanghm@igsnrr.ac.cn
                    (1967—),男,研究員,研究方向為森林生態系統物質循環。
                    徐明潔
                    Xu Mingjie
                    主要承擔工作:數據質控和論文撰寫。
                    (1984—),女,講師,研究方向為森林生態系統物質循環。
                    楊風亭
                    Yang Fengting
                    主要承擔工作:數據管理。
                    (1973—),女,高級工程師,研究方向為森林生態系統物質循環。
                    溫學發
                    Wen Xuefa
                    主要承擔工作:數據質量控制。
                    (1975—),男,研究員,研究方向為同位素生態學。
                    陳智
                    chenzhi
                    主要承擔工作:數據集的質量控制。
                    (1986—),女,副研究員,研究方向為生態系統碳循環與全球變化。
                    張雷明
                    Zhang Leiming
                    主要承擔工作:數據處理。
                    zhanglm@igsnrr.ac.cn
                    (1974—),男,副研究員,研究方向為生態系統碳水循環與全球變化。
                    孫曉敏
                    Sun Xiaomin
                    主要承擔工作:ChinaFLUX技術體系構建。
                    (1957—),男,研究員,研究方向為地表通量的區域遙感反演。
                    于貴瑞
                    Yu Guirui
                    主要承擔工作:ChinaFLUX總體運行與科學發展。
                    (1959—),男,研究員,研究方向為生態系統與全球變化。
                    出版歷史
                    I區發布時間:2020年7月1日 ( 版本ZH2
                    II區出版時間:2021年3月29日 ( 版本ZH3
                    參考文獻列表中查看
                    中國科學數據
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