2013–2022 年云南麗江森林生物多樣性國家野外科學(xué)觀測研究站日氣象數(shù)據(jù)集

劉維暐，李金，范中玉，楊開業(yè)，明升平，許琨*，高連明,2*

1.中國科學(xué)院昆明植物研究所，云南麗江森林生物多樣性國家野外科學(xué)觀測研究站，云南麗江674100

2.中國科學(xué)院昆明植物研究所，中國科學(xué)院東亞植物多樣性與生物地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明650201

引 言

氣象數(shù)據(jù)是開展天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測和科學(xué)研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對(duì)氣候變化、履行國際義務(wù)、服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)建設(shè)等方面具有重要的價(jià)值。中國西南山地是國際環(huán)保組織公布的全球36 個(gè)生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)之一，也是中國種子植物的三大特有中心之一，其范圍等同于橫斷山地區(qū)，西起青藏高原東緣，南與東喜馬拉雅接壤，向東延伸至云貴高原和川西高原[1]。受山體運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)域內(nèi)山峰高聳，峽谷深切，植被類型豐富多樣[2]。然而，我國市縣級(jí)的氣象觀測站點(diǎn)多設(shè)立于交通條件便利的城市周邊，山地林區(qū)內(nèi)氣象觀測數(shù)據(jù)缺乏。在森林植被覆蓋區(qū)域開展長期定位氣象觀測，獲取局域尺度下的氣象數(shù)據(jù)，能夠精準(zhǔn)分析氣候變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)及生物多樣性變化的影響，提高森林所在區(qū)域氣象災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確度。因此，在林區(qū)內(nèi)開展長期定位氣象觀測，不僅是科學(xué)研究中不可或缺的基礎(chǔ)性背景數(shù)據(jù)，也是國家和地方應(yīng)對(duì)氣候變化必須參考的重要數(shù)據(jù)資料。

云南麗江森林生物多樣性國家野外科學(xué)觀測研究站（以下簡稱“麗江站”）位于橫斷山區(qū)東南部、滇西北金沙江、瀾滄江和怒江三江并流的核心區(qū)域，地處青藏高原至云貴高原的過渡地帶。該地區(qū)位于南亞季風(fēng)和東亞季風(fēng)影響的交錯(cuò)地帶，是中國原生生態(tài)系統(tǒng)保留最完好和全球溫帶生態(tài)系統(tǒng)最具代表性的地區(qū)之一，區(qū)位優(yōu)勢明顯，在中國和世界生物多樣性監(jiān)測布局中具有獨(dú)特的代表性[3-4]。麗江站隸屬于中國科學(xué)院昆明植物研究所，具有深厚的學(xué)科研究基礎(chǔ)和完備的科研配套設(shè)施。自建站以來，面向國際科學(xué)前沿和國家重大戰(zhàn)略需求，服務(wù)國家生態(tài)文明和“山水林田湖草”生命共同體建設(shè)戰(zhàn)略，圍繞生物多樣性形成演化和維持機(jī)制、生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能、生物多樣性保護(hù)與資源發(fā)掘利用等領(lǐng)域開展長期野外觀測和研究，為基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)的擴(kuò)展與應(yīng)用提供了良好的觀測和研究平臺(tái)。

麗江站的氣象觀測數(shù)據(jù)能夠有效支撐區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程與功能的動(dòng)態(tài)變化，生物多樣性形成演化和維持機(jī)制研究，亞高山森林生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能研究，重點(diǎn)保護(hù)物種生物多樣性監(jiān)測、評(píng)估與保護(hù)，重要特色生物資源的收集、評(píng)價(jià)與創(chuàng)新利用等研究方向，并提供連續(xù)準(zhǔn)確的背景數(shù)據(jù)。在全球氣候劇烈變化的大背景下，對(duì)于局域溫濕度調(diào)節(jié)、極端氣候削弱、水源涵養(yǎng)、以及碳中和等方面可以提供研究和預(yù)測的依據(jù)[5-6]。目前部分野外站發(fā)布的現(xiàn)有數(shù)據(jù)集[6-8]多為年、月尺度數(shù)據(jù)，或僅局限于氣象、輻射、土壤等單一觀測本底，價(jià)值有限。本數(shù)據(jù)集為日尺度數(shù)據(jù)，涵蓋氣象、輻射、土壤等多個(gè)方面，在時(shí)間尺度、數(shù)據(jù)連續(xù)性、數(shù)據(jù)精度、監(jiān)測時(shí)間點(diǎn)密度等方面優(yōu)勢突出，具有重要價(jià)值，可為相關(guān)領(lǐng)域開展科學(xué)研究提供完備的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)資料。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 采集區(qū)域與采集點(diǎn)描述

麗江站距麗江市城區(qū)17 公里，坐落于距離赤道最近的溫帶海洋性冰川玉龍雪山南麓。麗江站年均溫8.66 ℃，年平均降水量1294.3 mm。最熱月為4 月～5 月，最高溫可達(dá)28.43 ℃，最冷月為12 月～次年1 月，最低溫可達(dá)-12.79 ℃。干濕季分明，降水多集中于6–9 月，占全年總降水量90%以上，雨熱不同期。麗江站綜合氣象觀測場建立于2011 年12 月，位于麗江站核心區(qū)林間空地，地處玉龍雪山南坡山麓，海拔3266 m，面積400 m2，周圍地貌特征為山地，坡度15 °左右，坡向東南，主要植被類型為暖溫性針葉林及硬葉闊葉林，代表物種為云南松（pinus yunnanensis）及帽斗櫟（quercus guyavifolia），氣象觀測場為地面標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測場，距離林緣20 m，觀測場內(nèi)參考周邊林地地表植被進(jìn)行種植，于每年雨季后、冬季前進(jìn)行修剪及清理。氣象觀測場主要布設(shè)的設(shè)備包括：自動(dòng)氣象站、人工氣象站、自動(dòng)蒸發(fā)站、空氣質(zhì)量站、凍土監(jiān)測設(shè)備、能見度儀等相關(guān)設(shè)備。

1.2 數(shù)據(jù)采集和處理方法

數(shù)據(jù)收集采用自動(dòng)氣象站采集氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體的傳感器型號(hào)及數(shù)據(jù)采集器型號(hào)詳見表1（所有數(shù)據(jù)均為數(shù)字型）。采樣頻率均為1 min，同時(shí)通過數(shù)采器編程輸出1 h 和1 d 的數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)按月導(dǎo)出并儲(chǔ)存于麗江站數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)。2020 年11 月更換原數(shù)據(jù)采集器QML201 為CR1000X，并維持采樣頻率及數(shù)據(jù)表表頭定義不變。在日數(shù)據(jù)數(shù)采編程及計(jì)算過程中，空氣溫濕度取分鐘數(shù)據(jù)平均值，并同步計(jì)算最大值、最小值及出現(xiàn)時(shí)間；風(fēng)速風(fēng)向取分鐘數(shù)據(jù)平均值，并同步計(jì)算風(fēng)速最大值、最大風(fēng)速時(shí)風(fēng)向及出現(xiàn)時(shí)間；表層土壤溫度取分鐘數(shù)據(jù)平均值，并同步計(jì)算最大值、最小值及出現(xiàn)時(shí)間，其余各層土壤溫度取分鐘數(shù)據(jù)平均值；降水、輻射及土壤熱通量取累計(jì)值[9]。

表1 麗江站綜合氣象觀測場采用儀器設(shè)備相關(guān)信息Table 1 The instrument information in the meteorological observation field of Lijiang Station

2 數(shù)據(jù)樣本描述

2.1 數(shù)據(jù)格式及容量

本數(shù)據(jù)儲(chǔ)存格式為xlsx 格式，包含了站基本信息，2013–2022 年麗江站綜合氣象觀測場大氣要素（空氣溫度（平均值、極值及出現(xiàn)時(shí)間）、空氣濕度（平均值、極值及出現(xiàn)時(shí)間）、降水、大氣壓、風(fēng)速（平均值、極值及出現(xiàn)時(shí)間）、風(fēng)向、輻射要素（總輻射、凈輻射、反射輻射、紫外輻射、光合有效輻射和日照時(shí)數(shù)））和土壤要素（分層土壤溫度0 cm、5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm、80 cm、160 cm、土壤熱通量）2 類氣象觀測日尺度數(shù)據(jù)。本數(shù)據(jù)集中的站基本信息包含1 條數(shù)據(jù)、9 個(gè)字段，氣象觀測要素包含3652 條數(shù)據(jù)、39 個(gè)字段。表2 列出了氣象數(shù)據(jù)表單所包含的具體字段內(nèi)容、類型、量綱和實(shí)體數(shù)據(jù)示例。

表2 麗江站日尺度氣象指標(biāo)數(shù)據(jù)集表單內(nèi)容Table 2 The data definition in the dataset of daily meteorological observations of Lijiang Station

2.2 數(shù)據(jù)示例

以2020 年7 月22 日麗江站氣象要素?cái)?shù)據(jù)表頭說明（表2），所有氣象要素均以數(shù)字型形式表示。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

為滿足生態(tài)系統(tǒng)研究的需要，避免減少出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失和記錄異常的現(xiàn)象，麗江站工作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多方面的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制[6-9]，以便獲取高質(zhì)量的氣象數(shù)據(jù)。表3 為氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估方法。按照中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）《陸地生態(tài)系統(tǒng)大氣環(huán)境觀測指標(biāo)與規(guī)范》要求，空氣溫濕度傳感器、輻射傳感器、氣壓傳感器、日照時(shí)數(shù)傳感器由設(shè)備銷售方每2 年返回廠家進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)期間采用同型號(hào)備件替代觀測；風(fēng)速風(fēng)向傳感器、土壤溫度及土壤熱通量傳感器則待傳感器損壞后進(jìn)行更換；降水量傳感器于每年雨季前按規(guī)范要求進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

生物多樣性表現(xiàn)在生命系統(tǒng)的各個(gè)組織水平，開展生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性觀測工作對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程與功能的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，生物多樣性功能、形成、維持與喪失機(jī)制、時(shí)間動(dòng)態(tài)與空間格局的理論研究，以及生物多樣性的保護(hù)與持續(xù)利用的實(shí)踐均具有十分重要的作用[10]。麗江站作為森林生物多樣性國家野外科學(xué)觀測研究站，立足生物多樣性資源富集區(qū)域，進(jìn)行長期定位觀測。觀測數(shù)據(jù)具有時(shí)間尺度長、數(shù)據(jù)連續(xù)性好、采樣點(diǎn)特征明顯、數(shù)據(jù)精度高、監(jiān)測時(shí)間點(diǎn)密度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可為相關(guān)領(lǐng)域開展科學(xué)研究提供完備的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)資料。

隨著全球氣候變化加強(qiáng)，生物多樣性保護(hù)力度逐步加大，長期、連續(xù)、定位、準(zhǔn)確的區(qū)域森林氣象本底數(shù)據(jù)對(duì)研究植物物候特征變化、重點(diǎn)保護(hù)及珍稀瀕危物種瀕危機(jī)制研究，以及繁育對(duì)策建立、有害生物防控等方面具有重要作用[11]。同時(shí)，針對(duì)氣候的長期變化對(duì)森林結(jié)構(gòu)、過程與功能動(dòng)態(tài)變化的影響、森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)極端氣候的響應(yīng)、氣候變化對(duì)動(dòng)植物和微生物群落的影響、以及氣候變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響等相關(guān)方面的研究，本數(shù)據(jù)集提供的氣象本底數(shù)據(jù)具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值[6]。

致 謝

感謝中國科學(xué)院昆明植物研究所陳智發(fā)和劉德團(tuán)在設(shè)備安裝與運(yùn)行維護(hù)、前期數(shù)據(jù)收集工作中做出的貢獻(xiàn)。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

劉維暐（1986—），男，甘肅省蘭州市人，碩士，工程師，研究方向?yàn)槿郝渖鷳B(tài)學(xué)、種子萌發(fā)生理。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)整理、分析與論文撰寫。

李金（1990—），男，云南省臨滄市人，碩士，工程師，研究方向?yàn)橹参锷鷳B(tài)學(xué)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)整理、分析與質(zhì)量控制。

范中玉（1985—），男，云南省曲靖市人，碩士，工程師，研究方向?yàn)槿郝渖鷳B(tài)學(xué)、群落結(jié)構(gòu)特征分析。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)整理和質(zhì)量控制。

楊開業(yè)（1994—），男，云南省楚雄市人，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)樽匀坏乩韺W(xué)，土壤溫室氣體監(jiān)測。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集與處理。

明升平（1992—），男，陜西省安康市人，碩士，工程師，研究方向?yàn)橹参锓诸悓W(xué)、植物多樣垂直分布格局。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集與處理。

許琨（1972—），男，云南省昆明市人，碩士，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)學(xué)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)籌。

高連明（1972—），男，河北人，博士，研究員，研究方向?yàn)橹参锒鄻有孕纬裳莼c維持機(jī)制。主要承擔(dān)工作：項(xiàng)目組織與管理。