长江口06号大型综合观测浮标2014~2015年观测数据集

责编:

1. 本文仅提供了2014年的3个参数数据,而论文中提到的参数有15个。数据与论文不太一致。修改建议:1)如论文想突出数据实时更新的特点,建议将数据以“在线服务”的方式提交到ScienceDB网站,要求所提供的在线服务网址是能直接定位到相应数据集的在线数据查询、浏览功能,可参考http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/5;2)在ScienceDB网站提交一定时间范围的完整数据,并相应修改论文标题和内容;3)在ScienceDB网站提交迄今为止的所有相关数据,并在后期进行不断更新,维持用户的访问和引用价值。 2. 第3章数据样本部分提到“数据有效率超过97%”,剔除的无效数据包括哪些、有效率值是否正确,是否应作说明?

【2016-03-22】 评论来自:版本 1
作者:

1. 第一问题: 我重新上传了5个参数,2014、2015两年的数据;这五个参数为主要应用参数,数据质量很好,属于可以公开范畴。 其余参数,由于项目保密、数据涉密、以及本身质量问题,并没有上传至ScienceDB网站;同样出于安全方面原因,所有数据不能提供网上浏览权限,但用户可与我们联系,讨论数据共享事宜。 我在论文中增加了这方面说明,并详细说明了数据使用方法。 另外,根据您的建议,修了论文题目以及论文内容,保证数据与论文的对应性。为了保证数据量及使用效果,将原2014年的数据增加为2014年和2015年两年的主要参数数据。 2. 第二问题:数据质量这部分,我将上一版本论文中的“数据有效率97%“移至第四章节统一说明,并以主要参数为例进行了进一步的数据有效率分析。

【2016-03-28】 评论来自:版本 1
责编:

1. 要求浮标的名称为标准的专有名称,全文统一叫法。在标题和摘要中要用全称;在文章中第一次出现时用全称,之后可以用简称。例如,中国科学院海洋研究所(以下简称中科院海洋所)。 2. 文章概述部分的“浮标建设目的”中提到“通过获取的海洋环境实时信息,为当面东海面临的……”,请确认“当面东海”是否有误。 3. 第1.2节数据处理部分第一段最后一句提到“实时数据库近保存当前一个月的数据”,请确认是否有误。

【2016-04-07】 评论来自:版本 1
作者:

我已经按照您的要求对论文进行了修改,主要包括以下两个方面: 1. 浮标名称统一为06号浮标。 2. 修改了文中出现的笔误及其他错误。

【2016-04-25】 评论来自:版本 1
专家:

同行评议1: 论文“长江口06号大型综合观测浮标2014~2015年观测数据集”介绍了长江口06号观测浮标的基本信息、数据采集方法、质量控制等方面的内容。该数据集能为气象、水文、水质等方面的研究提供数据基础,同时能为我国海洋灾害监测预警和海上安全提供相应保障。论文写作主旨明确、结构完整、表述清晰,建议简单修改后发表。 需要修改的内容: (1) 表1风速测量准确度“V≤/s确度参:±1 m/s;V1 m/s数:±5%V m/s”,作者可能要表达风速小于某个阈值,精确度为±1 m/s;大于某个阈值,精确度为±5%V m/s。请重新书写,以表达清楚。 (2) 图4-图6,没有反映数据缺测或剔除的信息。建议将折线中缺测或剔除的点断开,这样能为读者直观的展示数据缺测或剔除的分布情况。例如:缺测值是比较分散的,还是集中在某个时段。 (3) 图7,图注中“春季(2014.03~2014.06)”改为“春季(2014.03.01~2014.05.31)”,其它季节图注相应修改。 (4) 第8页,“不可避免地出现数据中段现象”。“中段”改为“中断”

同行评议: 数据文件里面的dat文件跟excel文件重复,是否可以去掉

【2016-12-20】 评论来自:版本 1
作者:

回复同评1:

(1)表1中的测量精度已经修改完善。 (2)图4-图6中,由于绘制的是一年的数据图,数据采集比较密集,而数据断点比较分散;我尝试将剔除的点断开,但是放到论文中还是不能有效进行展示断点。最终我将图5重新绘制,图4和图6未能进行修改。 (3)图7中的时间修改完成,第八页的文字错误也已经修正。 再次致谢!

回复同评2:

相关老师已经帮我在ScienceDB中完成了重复数据删除工作,谢谢您的建议。

【2016-12-21】 评论来自:版本 2

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长江口06号大型综合观测浮标2014~2015年观测数据集

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长江口06号大型综合观测浮标2014~2015年观测数据集

作者发表的论文

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            数据来源:CSCD中国科学引文数据库

长江口06号大型综合观测浮标20142015年观测数据集

张斌1,冯立强1,王彦俊1,刘长华1,宋金明1*

1. 中国科学院海洋研究所,青岛 266071

通讯作者(Email:jmsong@qdio.ac.cn)

摘要:为长期监测东海长江口高生产力区域海洋环境,中国科学院海洋研究所于2009年8月在长江口塖山岛以东海域(30°42.91′N,123°08.11′E)布放完成06号大型综合观测浮标。浮标布放后进行了长期连续的气象、水文、水质观测。为了更好地利用这些观测数据,我们采用规范的数据处理方法和质量控制体系,对观测数据进行整理和质量控制,并提供申请下载服务,为该区域社会发展和海洋科学研究提供基础数据。

关键词:长江口;浮标;数据集;气象;水文;水质

A dataset of No.6 large-scale integrated observation buoy on the Yangtze estuary (2014 – 2015)

Zhang Bin1, Feng Liqiang1, Wang Yanjun1, Liu Changhua1, Song Jinming1*

1. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, P. R. China

Abstract: For the purpose of monitoring the marine environment of high productivity area on the Yangtze estuary, No.6 large-scale integrated ocean observation buoy was laid at the Eastern of Chengshan Island (30°42.91′N,123°42.91′E) in the August 2009. The buoy carries out long-term and continuous observation data on meteorology, hydrology, and water quality. In order to further use these data, we process them with standard data processing methods and quality control system. Also, download service on the Internet is provided for the user. These data provide the support for the social development and marine scientific research on this area.

Keywords: Yangtze estuary; observation buoy; observation data; meteorology; hydrology; water quality

数据库(集)基本信息简介

数据库(集)中文名称

长江口06号大型综合观测浮标2014~2015年观测数据集

数据库(集)英文名称

A dataset of No.6 large-scale integrated observation buoy on the Yangtze estuary (2014 – 2015)

通讯作者

宋金明(jmsong@qdio.ac.cn)

数据作者

张斌、冯立强、王彦俊、刘长华、宋金明

数据时间范围

2014年1月1日至2015年12月31日

地理位置

东海长江口塖山岛(舟山群岛)以东海域(30°42.91′N、123°08.11′E)

数据量

133 696条,2.46 MB

数据格式

*.xlsx

数据服务系统网址

http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/47

基金项目

中国科学院海洋研究所科研数据整合与共享应用示范项目、中国近海海洋观测研究网络系统建设项目

数据库(集)组成

该数据集主要包括06号浮标观测的气象、水文要素,共计5个参数:风速、风向、气温、气压、水温。数据时间间隔为30分钟。其余测量参数相对湿度、能见度、波高、波周期、波向、流速、流向、电导率、浊度、叶绿素等,可通过服务网站(http://msdc.qdio.ac.cn/index.php?s=Observation/article/id/1)申请获取

概 述

随着科技的发展和社会的进步,人类对于海洋开发利用的需求越来越大。开发利用海洋,首先需要认知海洋。海洋环境信息作为认知海洋的基础,是海洋科研、环境测评、工程设计、海洋经济可持续发展等的重要支撑[1]。海洋浮标作为一种现代化的海洋监测技术,是海洋环境信息采集的重要组成部分。有针对性地在关键海区布放多参数、长期、实时综合观测浮标,连续获取和传递海洋长时间序列综合参数[2],并进行合理有效地数据库建设、信息发布,具有重要的科学意义和实用价值。

1. 浮标信息

为了获取长期连续的中国近海海洋环境综合信息,中国科学院海洋研究所(简称“中科院海洋所”)于2009年初步完成中国近海海洋观测研究网络系统建设[3]。其中,长江口06号大型综合观测浮标(简称“06号浮标”)位于东海长江口塖山岛(舟山群岛)以东海域(30°42.91′N,123°08.11′E,图1),为直径10 m的大型综合性观测浮标。该浮标测量内容共11项,分别为风(风速、风向)、气压、气温、湿度、能见度、水温、盐度、叶绿素、浊度、波浪(波高、波周期、波向)、海流(流速、流向)。所有采集到的数据经过处理后形成数据集,存储于中科院海洋所数据中心服务器中。

长江口06号大型综合观测浮标站位图

2. 浮标建设目的

06号浮标涵盖物理海洋、海洋地质、海洋生态和海洋化学等研究领域诸多海洋环境要素的综合测量,为保障社会发展和海洋科学研究提供基础数据[4-5],主要包括以下几方面:

1)为海洋灾害预警提供实时监测数据。通过获取的海洋环境实时信息,为当前东海面临的台风、寒潮、赤潮等海洋灾害提供预警;为海洋油气开发、船舶运输、海洋捕捞等海上活动的增加而带来的突发性环境污染提供应急响应服务,减少海洋灾害和突发性事件的影响。

2)为海洋科学研究提供大量科学数据。06号浮标可提供高质量的、长时间序列海洋动力数据,为深入研究东海水文结构、环流特征、沉积动力过程等诸多研究提供基础资料。

3)为近海生态环境预测提供基础数据。通过监测到的长江口区域的水质要素数据,可研究在人类活动和全球环境变化双重作用下,东海海洋生态环境变化及生物生态–化学环境变化耦合关系,以利于保护海洋环境,进而为海洋经济可持续发展提供保障。

1  数据采集和处理方法

1.1  数据采集流程

06号浮标的数据获取主要经过数据采集、存储、传输、转换、处理、入库这一系列流程(图2)。首先,浮标上的各种观测设备对测量参数进行检测,采集原始测量数据,数据采集器读取各种传感器的测量数据。经过初步处理后,将各种观测参数数据按照一定的格式存入数据采集器自带的存储器中。之后采集器通过观测浮标的无线传输系统将数据上传至数据中心。数据中心接收到数据后按照规定的网络协议对数据包进行解析,获取可读取的科学数据。最后经过审核、分析、判断后进行统计、存储,并定时在本地服务器上进行数据归档和绘制图集等操作[6-7]

数据采集的主要流程

1.2  数据处理

06号浮标获取的数据经过无线网络传输至中科院海洋所数据中心服务器后,按照不同的观测参数分类并建立原始数据库。在此基础上最终建立分布式、面向对象和Internet的实时数据库系统(图3)和延时数据库系统[1]

实时数据库仅保存当前一个月的数据,该库每半小时更新一次,数据的加载、刷新实现全自动化。

3  06号浮标实时数据接收界面

延时数据库又分为两部分,一部分是浮标传输的原始数据;另一部分是经过数据中心工作人员初步审核后的处理数据,审核内容包括传输误差检查、时间序列检查、数据一致性检验、极值判别等。

这样一方面提供处理后的数据,保证了用户数据使用的准确性;另一方面最大程度保留原始数据,防止由于数据中心工作人员对极端事件判断失误造成的原始数据丢失,能够为科学研究提供最准确、宝贵的资料。

2  数据样本

06号浮标获取的观测数据主要分为海洋气象、水文、水质数据3类,共15个参数(表1)。浮标上各传感器采样时间间隔为30分钟。从2009年浮标建成至今,共采集超过50万组数据,所有数据以文本的形式存储在数据中心服务器中。由于目前该浮标获取的数据尚处在项目保密期限内,并且与海流相关等数据涉及到近海水域安全问题,所以本论文选取浮标数据集中可以公开的部分气象、水文资料进行数据展示。提交的数据集时间范围为2014年1月1日至2015年12月31日,数据集参数包括风速、风向、气温、气压、水温,共计133 696条数据记录。

1  06号浮标观测参数

序号

测量参数

测量范围

测量准确度

气象

风速

0~80 m/s

V≤20m/s:±1 m/s;V≥20m/s:±5%V m/s

风向

0~360°

±10°

气温

−50~+50℃

±0.5℃

气压

850~1100 hPa

±1 hPa

相对湿度

0~100%

±5%

能见度

10~20 000 m

±10%~±15%

水文

波高

0.5~25 m

±(0.3+H×10%)m

波周期

3~30 s

±0.5 s

波向

0~360°

±10°

流速

±10 m/s

±1%

流向

0°~360°

±10°

水温

−5~+45℃

±0.3℃

电导率

0~40

±0.05

水质

浊度

0.2~4000

±2%

叶绿素

0~400 ppb

±1%

由于文本格式的数据并不能直观展现数据集内各参数的变化,所以以2014年气温(图4)、气压(图5)、水温(图6)、风速风向(图7)数据为例,通过绘制各参数的曲线图、玫瑰图对数据样本进行展示。

4  201406号浮标气温变化曲线

5  201406号浮标气压变化曲线

6  201406号浮标水温变化曲线

7  201406号浮标风速风向玫瑰图

通过各参数的变化图可明显看到06号浮标所在海域,各参数的时间序列呈现明显的季节性变化特征,与气候变化特征相吻合。同样,数据使用者可根据实际需求,申请数据集内其他不同参数、时间的数据进行科学研究。

3  数据质量控制和评估

由于浮标长时间锚系于海面,多变的天气、复杂的海况、传感器自身问题以及其他不可预见性事件都会对数据质量产生重大影响。同时由于测量参数较多,单一的质量控制方法并不能保证数据质量。这就需要计算机程序检验、人工检验结合,多站位对比、与岸边气象站结合,多参数对比、与极端事件结合的综合质控方法。

具体而言,首先通过程序化的方法检查明显的数据质量问题,如文件传输中断、格式化错误、存储损坏等。其次,结合周围陆地气象站、其他浮标站多年统计数据,分季度设定观测参数阈值,删除明显超过阈值的数据。同时由于温度、盐度、气压等诸多参数的变化都呈现连续性,且在短时间内不能呈现跳跃性突变,因此各参数的正态分布规律检验也被用于质量控制当中。最终将计算机检验过的数据,绘制成散点图、点线图、曲线图、玫瑰图等,再次经过人工审核,特别是对特殊事件发生时各参数变化规律进行审核,确保数据质量准确后再进行存储、入库。

通过上述方法分析后认为,在06号浮标获取的数据中,风速、风向、气温、气压、波高、波周期、波向、流速、流向、水温、电导率11项参数的获取有效率较高。以水质数据中的水温参数为例,按每小时采集2次数据计算,2014~2015年应获取35 040组数据,实际获取33 920组数据,数据获取率达到96.8%。同样的计算方法表明,气温数据获取率达到91.1%,气压、风速、风向数据获取率均超过96.8%。由于海上浮标需要定期进行维护,不可避免地出现数据中断现象,所以抛开维护造成的数据中断,数据整体获取率超过97%。在获取的数据中,存在传感器自身问题及计算机记录错误等导致的数据错误,最明显的现象是数值突变现象。以水温数据为例,实测数据中会出现1个小时内数据变化超过的10℃的现象,这明显与水温变化的客观规律不符合,所以需要计算机及人工判别;经判别后,有效水温数据为32 528组,占获取数据的95.9%,可见该类型数据整体质量较高。

但是在06号浮标获取的数据中,相对湿度、能见度、浊度、叶绿素4个参数的获取率相对较低,原因是这几个传感器受外界影响较大。比如海藻、海带等生物较容易附着在传感器上,对这几个参数的测量造成重大影响。以叶绿素数据为例,该参数实际获取33 920组,获取率达到96.8%,但是对数据进一步分析发现,其实际有效值不足22 500组,有效率仅为60%左右。对其他3个参数的测量同样出现这种现象,这也反映出目前海洋观测浮标野外数据采集中面临的一个重要问题,需要进一步寻找解决方案。

综上所述,06号浮标数据整体质量良好,对该区域主要海洋环境信息抓取较为准确。其数据也被科学家广泛应用于各项科学研究,内容涉及国家973项目、国家自然基金委的重点基金项目和面上项目等,其数据科学性在项目开展过程中得到了众多科研工作者的肯定。尤其是经过我国沿海的几次台风,如“尤米雷”“梅花”“布拉万”“海葵”“灿鸿”等, 06号浮标均实时观测到台风相关数据,为上海市政府、上海市气象局、国家海洋环境预报中心等提供了实时观测数据,为台风路径的预报、防台减灾工作提供了可靠的数据支持,得到了他们的高度评价,这也从服务社会的角度对数据质量进行了肯定。

4  数据使用方法

06号浮标数据集5个主要应用参数2014~2015年的数据已全部提交至Science Data Bank(http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/47),其余数据也已在中国科学院近海海洋观测研究网络–黄、东海站网站(http://omorn-hd.qdio.ac.cn/)和中国科学院海洋研究所数据中心(http://msdc.qdio.ac.cn/)发布。由于部分数据涉及环境敏感信息并且处于项目保密期,考虑到数据安全性,用户需要登录网站后下载数据申请表或登录网站填写数据申请信息,数据中心及相关部门审核通过后,由数据中心发送至用户使用。实时观测数据可以通过联络中国近海观测研究网络黄东海站工作人员,商讨具体数据共享事宜。

致 谢

本数据的获取得到中国科学院近海海洋观测研究网络东海站的大力支持和帮助,在此表示衷心感谢。

数据作者分工职责

张斌(1987—),男,山东省五莲县,博士,工程师,研究方向为海洋数据处理、数据产品开发,主要承担数据处理、质量控制工作。

冯立强(1982—),男,山东省济南市,硕士,工程师,研究方向为海洋观测技术、大规模数据集成和处理,主要承担数据库建设、数据管理工作。

王彦俊(1988—),男,山东省莱阳市,硕士,工程师,研究方向为海洋观测技术、大规模数据集成和处理,主要承担数据库建设、软件开发工作。

刘长华(1977—),男,山东省临邑县,博士,高级工程师,研究方向为海洋观测技术,主要承担中国近海海洋观测研究网络和数据中心建设、管理工作。

宋金明(1964—),男,河北省枣强县,博士,研究员,研究方向为海洋化学、海洋监测与分析,主要承担中国近海海洋观测研究网络和数据中心建设、管理工作。

参考文献

[1] 任建明, 陈永华, 刘长华. 中国近海海洋科学观测研究网络[J]. 科研信息化技术与应用, 2011, 2(5): 72–80.

[2] 李颖虹, 王凡, 王东晓. 中国科学院近海海洋观测研究网络建设概况与展望[J]. 中国科学院院刊, 2008, 23(3): 274–279.

[3] 戴洪磊, 牟乃夏, 王春玉, 等. 我国海洋浮标发展现状及趋势[J]. 气象水文海洋仪器, 2014, 6(2): 118–125.

[4] 李立立. 基于海洋台站和浮标的近海海洋观测系统现状与发展研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2010.

[5] 李鹏, 许啸春, 潘灵芝. 东海海洋环境监测网浮标观测站布设及其科学意义[J]. 上海国土资源, 2014, 35(1): 71–87.

[6] 刘长华, 冯立强, 贾思洋, 等. 信息技术在海洋观测浮标系统安全保障体系的应用[J]. 科研信息化技术与应用, 2014, 5(4): 75–81.

[7] 刘长华, 王春晓, 贾思洋, 等. 锚泊式海洋剖面观测浮标系统[J]. 海洋科学, 2014, 38(8): 99–102.

引用数据

张斌, 冯立强, 王彦俊, 等. 长江口06号大型综合观测浮标2014~2015年观测数据集[DB/OL]. Science Data Bank. DOI: 10.11922/sciencedb.170.47.

 

引文格式: 张斌, 冯立强, 王彦俊, 等.长江口06号大型综合观测浮标2014~2015年观测数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2017, 2(1). DOI: 10.11922/csdata.170.2015.0037.

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