四川若爾蓋高寒濕地生態(tài)站2022 年梯度氣象觀測數(shù)據(jù)集

曹永強, 胡健1,*, 黃秋成1,, 張偉1,, 雷俊鋒1,, 汪輝1,, 陳有軍1,,周青平1,

1.西南民族大學(xué)，四川若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，成都 610041

2.西南民族大學(xué)，青藏高原研究院，成都 610041

引 言

青藏高原被譽為“中華水塔”，其生態(tài)地位非常重要且獨特。作為國家重要的生態(tài)屏障，它在維護國家安全方面具有不可替代的戰(zhàn)略地位[1]。青藏高原東緣部的若爾蓋高原，其高寒濕地的面積約為13.3×106hm2，是青藏高原最重要的植被類型，在水源涵養(yǎng)、農(nóng)牧業(yè)發(fā)展以及生物多樣性維持方面具有深遠意義[2]。氣象數(shù)據(jù)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)對氣候變化必須參考的重要數(shù)據(jù)資料[3]。在若爾蓋高原典型高寒濕地開展定位氣象監(jiān)測，獲取區(qū)域尺度下的氣象數(shù)據(jù)，分析氣候變化對濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響，為該區(qū)域的農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)以及濕地的管理提供了科學(xué)的理論依據(jù)，更能提升氣象預(yù)報和區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)能力[4]。

四川若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站（簡稱“若爾蓋站”）[5]，在2021 年10月正式成為國家野外科學(xué)觀測研究站（National Ecosystem Research Network of China，CNERN）重要成員之一，屬于國內(nèi)當(dāng)前唯一的高寒濕地生態(tài)站，以典型高寒濕地和草原為研究對象，以在全球變化與人類活動的影響背景下，典型高原濕地和草原生態(tài)系統(tǒng)的演替與反饋為主要觀測研究內(nèi)容。若爾蓋高原分布有研究站5 所，與其所對應(yīng)的觀測樣地有17 處，而若爾蓋站架設(shè)了若爾蓋高原上唯一的梯度氣象觀測場（2 m、6 m、12 m、16 m、20 m）。梯度氣象觀測場是一個綜合探測系統(tǒng)，集多層、多參量觀測系統(tǒng)于一體，實現(xiàn)一定高度內(nèi)的風(fēng)溫濕梯度信號參量的綜合自動觀測。例如，甘肅金塔站架設(shè)的氣象梯度觀測站（10 m、30 m、50 m、75 m、100 m），對監(jiān)測到的風(fēng)溫濕等氣象因子進行數(shù)據(jù)分析，可以得到局地氣候的一般性規(guī)律，根據(jù)此規(guī)律可以為氣象預(yù)報提供準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了積極、重要的作用[6]。若爾蓋站的垂直梯度氣象觀測場可以收集青藏高原東緣的氣象因子基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過對其進行分析和挖掘，可以更好地了解若爾蓋高原的氣候變化以及環(huán)境影響，并為保護典型高寒濕地的生態(tài)環(huán)境、農(nóng)牧業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)手段[7]。

為體現(xiàn)數(shù)據(jù)共享理念、挖掘數(shù)據(jù)潛在價值，若爾蓋站公開發(fā)表2022 年梯度氣象觀測場的氣象數(shù)據(jù)。本數(shù)據(jù)集整理了2022 年若爾蓋站的梯度氣象觀測數(shù)據(jù)24 項氣象指標(biāo)，共計8760 條日尺度數(shù)據(jù)，具體包括距離地面2 m 的大氣壓、降水、總輻射、光合有效輻射，距離地面2 m、6 m、12 m、16 m、20 m 高度的空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速以及20 cm、40 cm、60 cm、100 cm、150 cm 土層的土壤溫度等，以期為若爾蓋高原生態(tài)環(huán)境保護、揭示高原大氣環(huán)境變化規(guī)律及科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支撐，從而更好地為生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)采集樣地描述

若爾蓋站（32°49′51″N, 102°35′1″E, 3484 m）位于青藏高原東緣部（圖1），該區(qū)域?qū)儆趤喓畮啙駶櫄夂騾^(qū)，是國內(nèi)最大的高寒沼澤濕地區(qū)，也是國家重點的水源涵養(yǎng)功能區(qū)和生物多樣性熱點區(qū)。從區(qū)域和生態(tài)系統(tǒng)代表性上看，若爾蓋站位于若爾蓋高原上，該高原屬于黃河流域白河一級支流的流域，在這個區(qū)域內(nèi)廣泛分布著典型的高寒草甸和濕地生態(tài)系統(tǒng)。在印度洋西南季風(fēng)以及太平洋東南季風(fēng)的共同作用下，該區(qū)域降水較為充沛（年均降水量749.1 mm），年均氣溫為1.4 ℃，年均日照時數(shù)為2158.7 小時，80%集中在5–8 月，年均降雪日數(shù)為76 天。冷暖季節(jié)分明，水熱同期，雨季主要集中在5–10 月，剩余月份降水量僅占全年降水量10%[8-11]。

圖1 若爾蓋高原及站點位置圖Figure 1 Zoige Plateau and the site location

若爾蓋站梯度氣象觀測場（25 m×25 m）于2021 年9 月建立在站內(nèi)1 km 典型的高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)（32.83°N, 102.57°E, 3484 m）。研究區(qū)附近植被發(fā)育十分繁茂，分布均勻，植被以高寒草甸為主，土壤類型以泥炭土、亞高山及高寒草甸土為主，由于受到長期氣候和人為因素（人工種植高山柳）的共同作用，植被多為莎草科（蒿草屬Kobresia和苔草屬Carex）、禾本科和多種雙子葉草本或灌木植物組成的高寒草甸[8,12]。

1.2 數(shù)據(jù)采集方法

數(shù)據(jù)均來自WS3000 自動觀測監(jiān)測系統(tǒng)每日采集的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體的觀測儀器及型號、儀器制造商及數(shù)據(jù)采集器等相關(guān)信息詳見表1。若爾蓋站氣象數(shù)據(jù)觀測高度見表2（所有數(shù)據(jù)均為數(shù)字型），2022 年1 月1 日至2022 年8 月15 日氣象要素的原始數(shù)據(jù)采樣頻率30 min，儲存于CR1000中，導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)；8 月15 日之后為1 min，儲存于CR1000 中，導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)后，計算其30 min的平均值儲存在新建的Excel 表中。野外觀測數(shù)據(jù)的缺失在氣象監(jiān)測中是一種常見情況，可能是由于梯度觀測儀器本身的穩(wěn)定性和異常天氣等不可控因素導(dǎo)致。為了填補缺失的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)插補是非常有必要的，對于短時間（小于2 小時）缺失的常規(guī)氣象數(shù)據(jù)，采用線性內(nèi)插法進行插補；對于長時間缺失的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于若爾蓋站的自動小型氣象站同期的觀測資料進行插補。

表1 若爾蓋站梯度氣象觀測項目所用分析儀相關(guān)信息Table 1 Relevant information of the analyzers used for the gradient meteorological observation project at Zoige Station

表2 若爾蓋站日尺度梯度觀測氣象指標(biāo)數(shù)據(jù)集表單內(nèi)容Table 2 Daily-scale gradient observation meteorological index form content of Zoige Station

2 數(shù)據(jù)樣本描述

2.1 數(shù)據(jù)集與數(shù)據(jù)量

本數(shù)據(jù)集是若爾蓋站2022 年1 月1 日–12 月31 日的日尺度數(shù)據(jù)集，總數(shù)據(jù)量530 KB，總條數(shù)8760，由24 個表單組成，每個表單對應(yīng)一個逐日觀測要素（共365 日）。

2.2 數(shù)據(jù)文件示例

以2022 年若爾蓋站1 月1 日梯度氣象觀測的氣象要素數(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，若爾蓋站氣象數(shù)據(jù)管理包括對傳感器和探頭的檢查和維護，以及對觀測數(shù)據(jù)的保存、整理、分析和統(tǒng)計。工作人員需要對數(shù)據(jù)進行多方面的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，以便獲取高質(zhì)量的氣象數(shù)據(jù)。2022 年10 月12 日12 m 空氣溫度由于儀器問題而出現(xiàn)異常，因此剔除，這一部分缺失占全部數(shù)據(jù)的0.35%，但通過若爾蓋站其他小型氣象站（CR3000 點將科技）進行了插補?？傮w上，本數(shù)據(jù)集完整度較高。表3 為氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估方法[13-15]。

表3 若爾蓋站氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估方法Table 3 Methods for quality control and evaluation of meteorological data at Zoige Station

4 數(shù)據(jù)價值

青藏高原是全球氣候變化最為敏感的一個地區(qū)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化反饋和調(diào)節(jié)過程的典型地帶[16-17]，梯度氣象觀測是測量大氣中的溫度、濕度和風(fēng)速等物理量隨垂直高度的變化方法與技術(shù)[18-19]。通過在若爾蓋高原架設(shè)梯度氣象觀測不同高度的氣象數(shù)據(jù)，可以很好地了解大氣中的溫度、濕度和風(fēng)速等參數(shù)的變化規(guī)律，從而更好地了解所在區(qū)域的天氣現(xiàn)象和氣候變化[20]。本數(shù)據(jù)集真實可靠且與其他野外站氣象數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，具有良好的參考價值。常規(guī)氣象要素的高質(zhì)量觀測，可以更好地讓農(nóng)、牧、草等相關(guān)領(lǐng)域的研究者了解當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒌匦?、土壤以及植被特征的基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

曹永強（1997—），男，甘肅人，碩士生，研究方向為濕地恢復(fù)生態(tài)學(xué)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)整理、分析與論文撰寫。

胡?。?990—），男，四川人，博士，副研究員，研究方向脆弱生態(tài)系統(tǒng)保護與修復(fù)研究。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)收集與管理。

黃秋成（1998—），男，江蘇人，工程師，研究方向氣象觀測。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)整理和質(zhì)量控制。

張偉（1994—），男，內(nèi)蒙古人，碩士，研究方向牧草栽培與育種。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集與處理。

雷俊鋒（1997—），男，四川人，碩士，研究方向濕地水環(huán)境觀測。主要承擔(dān)任務(wù)：數(shù)據(jù)質(zhì)量分析。

汪輝（1989—），男，河南人，博士，助理研究員，研究方向草類育種與種子科學(xué)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)監(jiān)測與質(zhì)量控制。

陳有軍（1984—），男，甘肅人，博士，助理研究員，研究方向牧草栽培與育種。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)籌。

周青平（1962—），男，甘肅人，博士，研究員，研究方向牧草栽培與育種。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)籌。