1957-2018 年海南尖峰嶺熱帶半落葉季雨林氣象數(shù)據(jù)月動態(tài)數(shù)據(jù)集

王璐穎，張春生，林明獻，周璋,，李意德，陳德祥,*

1.中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所，海南尖峰嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，廣州 510520

2.南京林業(yè)大學，南京 210037

3.中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所試驗站，海南樂東 572542

引 言

熱帶森林面積不足地球表面積的10%，儲存了地球 40%左右的生物量碳，擁有全球約50%的物種和80%左右的樹種[1]，年碳交換量達到400 億噸，生物量和土壤中儲存的碳庫高達4600 億噸，超過大氣總碳庫的二分之一[2]。熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化對于維持全球碳平衡和減緩溫室氣體增加具有重大意義[3]。氣候變化對于熱帶森林的生長動態(tài)、生物多樣性、森林組成與結構和碳儲量變化等方面都產(chǎn)生了一系列的生態(tài)影響[4-7]，因此熱帶森林的長周期氣候特征研究尤為重要。

全球變化尤其氣候變暖對人類生存環(huán)境的影響受到國際社會的普遍關注。全球變暖導致極端氣候事件發(fā)生的頻率和強度都大大增加，對各類自然系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國民經(jīng)濟和人類的生存發(fā)展等諸多方面都產(chǎn)生了較大的影響[8]。評價不同氣候事件對自然生態(tài)系統(tǒng)的長期影響并預測各種影響的未來變化趨勢非常重要，且依賴長時間序列的氣象數(shù)據(jù)。因此，長時間序列的氣象變化趨勢和周期特征分析對于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、全球變化研究等相關領域的研究和應用方面具有重要意義。

尖峰嶺位于海南省西南部樂東黎族自治縣和東方市交界處（18°20′N-18°57′N，108°41′E-109°12′E），是我國熱帶森林的典型代表，也是熱帶亞洲雨林區(qū)的北緣類型，具有復雜而特殊的雨林結構，是我國生物多樣性保護的熱點地區(qū)之一。尖峰嶺站1986 年建站，1999 年獲科技部批準成為國家級野外臺站。作為我國最南端、最為典型的熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)監(jiān)測和研究平臺，生態(tài)站采用一站多點布局，主要開展熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)結構與功能變化的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測研究工作，探索并揭示熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的組成、結構、功能變化及其對氣候變化的響應與適應機理。本數(shù)據(jù)集整理了1957-2018 年尖峰嶺熱帶半落葉季雨林區(qū)內氣象觀測場的各類觀測數(shù)據(jù)，包括氣溫、水汽壓、相對濕度、降水量、蒸發(fā)量、平均風速、日照等氣象因子的月監(jiān)測數(shù)據(jù)。本數(shù)據(jù)集通過長期觀測和資料的積累，對于長年代氣象研究具有直接意義，為全球氣候變化對熱帶森林影響機制、森林可持續(xù)經(jīng)營動態(tài)分析、熱帶森林植被恢復發(fā)展、熱帶原始林保護示范等方面的研究提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)采集樣地描述

本文資料來自于海南島尖峰嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測試驗站熱帶半落葉季雨林區(qū)內氣象觀測場1957-2018 年的地面常規(guī)氣象資料。氣象觀測場設置在中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所海南尖峰嶺試驗站內，地理位置為18°44′18.3′′N、108°51′57.3′′E，海拔為75 m，土壤為磚黃壤性土。觀測場的設計和建造嚴格按照國家氣象站的標準進行：南北邊長35 m，東西邊長25 m，均質草皮地面，四周為大范圍的熱帶半落葉季雨林天然次生林，20 m 距離內的天然林保持在2 m 左右。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本數(shù)據(jù)集主要出版尖峰嶺站熱帶半落葉季雨林區(qū)內地面氣象站1957-2018 年氣象因子的月數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于人工氣象觀測站（1957-2008 年）和DYNAMET 系列地面氣象自動觀測系統(tǒng)（2008 年以后）每日采集的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)。生態(tài)站工作人員根據(jù)氣象數(shù)據(jù)處理規(guī)范和標準，通過數(shù)據(jù)處理軟件對原始觀測數(shù)據(jù)進行整理和分析、質量審核，最終形成符合觀測規(guī)范的報表文件。其中數(shù)據(jù)質量審核環(huán)節(jié)主要對每月數(shù)據(jù)文件中的日觀測數(shù)據(jù)進行再次確認或修正，審核完成后即可將數(shù)據(jù)報表轉換成規(guī)范氣象數(shù)據(jù)報表，并在氣象報表中手工錄入人工觀測的相關觀測要素數(shù)據(jù)，最后報表完成并達到觀測規(guī)范的要求，工作人員就可以將符合規(guī)范的報表上報綜合中心數(shù)據(jù)庫，完成觀測數(shù)據(jù)最后的處理與審核。

1.3 觀測儀器設施和數(shù)據(jù)采集精度

具體數(shù)據(jù)產(chǎn)品處理方法見表1。空氣氣溫、相對濕度、氣壓、風速觀測指標中如果某一定時數(shù)據(jù)缺失，可以按正常數(shù)據(jù)統(tǒng)計，用前、后兩次定時數(shù)據(jù)進行內插獲得該值；如果連續(xù)兩個或以上定時數(shù)據(jù)缺失時，不能使用上述方法，應按照缺測情況處理。用質控后的日均值合計值除以對應日數(shù)獲得月平均值，日極值合計值除以對應日數(shù)獲得月極值平均值。月極大值、月極小值來源于月報表每日定時數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

2.1 數(shù)據(jù)庫結構

通過對數(shù)據(jù)進行整理分析，形成本數(shù)據(jù)集，命名為：1957-2018 年海南尖峰嶺熱帶半落葉季雨林氣象數(shù)據(jù)月動態(tài)數(shù)據(jù)集.xlsx。文件包含13 個字段，分為年、月、溫度因子、水分因子以及風速和日照時長。具體的字段及示例如表2 所示。

表2 數(shù)據(jù)庫結構說明

序號 字段名稱 量綱 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)有效性占比（%）5 月平均最低溫度 ℃ 數(shù)值型 88.44 6 月最低極值溫度 ℃ 數(shù)值型 88.44 7 月最高極值溫度 ℃ 數(shù)值型 88.58 8 月平均水汽壓 hPa 數(shù)值型 88.84 9 月平均相對濕度 % 數(shù)值型 81.05 10 月降雨量 mm 數(shù)值型 75.40 11 月蒸發(fā)量 mm 數(shù)值型 81.72 12 月平均風速 m/s 數(shù)值型 89.11 13 月日照時數(shù) h 數(shù)值型 88.44

2.2 數(shù)據(jù)缺失情況

傳感器、采集器、傳輸通道故障等原因會導致數(shù)據(jù)缺失問題，數(shù)據(jù)缺失達到一定量時則不適宜求算相應月統(tǒng)計值。針對此類情況，數(shù)據(jù)表中已用“—”表示。由于海南出現(xiàn)臺風等的極端氣候事件頻率相對較高，導致儀器損壞情況時有發(fā)生，儀器替換期間會導致部分數(shù)據(jù)缺失情況出現(xiàn)。以上原因導致2010-2014 年期間的數(shù)據(jù)缺失。

3 數(shù)據(jù)質量控制和評估

前期準備尖峰嶺站對數(shù)據(jù)觀測和采集人員參加科技部和國家林業(yè)局的年度培訓，依據(jù)各類標準和規(guī)范，結合本站實際情況，嚴格對照氣象數(shù)據(jù)的標準規(guī)范程序進行操作，培訓和考核合格后方可進行各項數(shù)據(jù)的觀測和采集。對于野外觀測設施和設備，每月進行一次定期維護，每年進行一次野外觀測設備的標定和校準。各要素傳感器的標定方法見表3。

表3 各傳感器的標定方法

傳感器 標定方法口中，記錄采集到的雨量值，每個降水強度重復進行3次校準，把3次校準所得的顯示值進行平均，所得的平均值減去標準值，即為該降水強度的測量誤差值。2次測量誤差值的最大值作為降雨的校準結果。風速把被校風速傳感器與風速校驗器用軟管進行連接，調整風速校驗器依次得到2、5、10、20和40 m/s五個風速標準點，穩(wěn)定2分鐘，讀取風速校驗器和被校風速傳感器的顯示值，計算出被校風速傳感器的線性回歸方程(V=a+bv)，用線性誤差回歸方程△V=a+(1-bv')作為校準結果。

所有數(shù)據(jù)采集原始記錄紙質文件進行分類歸檔和長期保存，并將紙質文件進行電子化掃描，實施數(shù)字化存檔管理。人工觀測和采樣數(shù)據(jù)入庫前由專業(yè)科研人員根據(jù)各類數(shù)據(jù)標準和規(guī)范嚴格進行數(shù)據(jù)質量控制，由專人錄入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)后保證由1 名數(shù)據(jù)管理人員對原始數(shù)據(jù)進行核對，確認無誤后由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)保存。

本氣象數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)管理主要包含氣象監(jiān)測管理和數(shù)據(jù)庫管理兩部分，氣象監(jiān)測管理主要對傳感器和線路進行檢查和維護，包括傳感器靈敏度檢查、擦拭清潔、儀器設施維修等；數(shù)據(jù)庫管理則是對原始觀測數(shù)據(jù)進行保存和備份、整理分析并統(tǒng)計。原始數(shù)據(jù)由于野外設施設備的老化和極端氣候事件干擾導致的損壞、供電系統(tǒng)質量出問題等，易造成數(shù)據(jù)存儲錯誤和數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。工作人員依照當?shù)夭煌竟?jié)各觀測要素的歷史數(shù)據(jù)和理論計算值為參考輸入相應的檢驗參數(shù)，程序在生成數(shù)據(jù)報表過程中會根據(jù)檢驗參數(shù)大小標紅超出閾值的數(shù)據(jù)，同時產(chǎn)生檢查結果日志報告文件，工作人員即可對照日志報告及時修正原始觀測數(shù)據(jù)的錯誤。如果是數(shù)據(jù)相鄰時次差過大，可能是傳感器損壞的指示信號，工作人員能盡早發(fā)現(xiàn)儀器故障問題并維修。溫度指標的具體質量控制和評估方法[9]如表4 所示。

表4 本數(shù)據(jù)集主要觀測指標數(shù)據(jù)質量控制和評估方法

4 數(shù)據(jù)價值

本數(shù)據(jù)集匯集了尖峰實驗站1957-2018 年共62 年的氣象因子月動態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)連續(xù)性強，可靠性高、實用性強。尖峰嶺地區(qū)雨熱同期，旱雨季分明，80%-90%雨量集中在5-10 月份，8、9 月份最多。該地區(qū)的長期氣象數(shù)據(jù)可以反映該地區(qū)氣候的長期動態(tài)變化，對研究季節(jié)性干旱對生態(tài)系統(tǒng)關鍵過程的影響以及生態(tài)系統(tǒng)各組分在旱雨季間的動態(tài)變化有極大利用價值，也可用于開展熱帶地區(qū)熱帶半落葉季雨林區(qū)氣候變化特征等相關研究。同時也可為全球氣候變化背景下熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的動態(tài)變化、響應與適應研究，以及熱帶森林資源的可持續(xù)經(jīng)營、管理與利用，生態(tài)系統(tǒng)的保護等方面提供氣象數(shù)據(jù)基礎支撐。

數(shù)據(jù)作者分工職責

王璐穎（1997—），女，河南周口人，碩士研究生，研究方向為熱帶森林碳循環(huán)。主要承擔工作：數(shù)據(jù)分析和論文撰寫。

張春生（1969—），男，河北青河人，研究方向為森林經(jīng)營與管理。主要承擔工作：數(shù)據(jù)采集、質量控制、項目組織與管理、論文撰寫。

林明獻（1962—），男，海南文昌人，工程師，研究方向為森林氣象學。主要承擔工作：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)前期處理。

周璋（1983—），男，湖南衡陽人，副研究員，研究方向為全球變化與森林碳氮循環(huán)。主要承擔工作：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)前期處理、質量控制。

李意德（1961—），男，湖南湘潭人，研究員，研究方向為植被生態(tài)學。主要承擔工作：數(shù)據(jù)采集、質量控制。

陳德祥（1975—），男，江西安遠人，研究員，研究方向為全球變化與森林碳氮循環(huán)。主要承擔工作：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)前期處理、質量控制、項目組織與管理、論文撰寫。