中国生态系统研究网络CERN专题 I 区论文(评审中) 版本 ZH2
下载
中国典型生态系统生态站2005–2015年≥10℃积温数据集
A dataset of ≥10℃ accumulated temperature at field stations of typical Chinese ecosystems from 2005 to 2015
 >>
: 2018 - 10 - 15
: 2018 - 10 - 24
: 2018 - 10 - 24
235 2 0
摘要&关键词
摘要:热量资源是自然区域和自然带划分的重要依据,是农业生产的重要自然资源,通常以温度高低和积温多少来表征。10℃是喜温植物适宜生长的起始温度,也是喜凉作物迅速生长、多年生作物开始以较快速度积累干物质的温度。农业生产及科研部门以≥10℃积温及其相应的持续日数来衡量一个地区的农业气候生产潜力,并作为引种和耕作制度改革的重要依据。利用中国生态系统研究网络(CERN)生态站逐日平均气温数据,采用5日滑动平均法建立了典型生态系统生态站2005–2015年≥10℃积温数据集,包含了农田、森林、草地、荒漠、沼泽、湖泊和海湾等中国主要生态系统35个生态站2005–2015年≥10℃的活动积温、有效积温和持续日数,为开展全国或区域积温变化的趋势和规律研究提供了数据支撑。
关键词:生态系统;≥10℃积温;生态站;热量资源
Abstract & Keywords
Abstract: Thermal resources provide an important basis for the division of natural areas or belts, and are also an important natural resource for agricultural production. They are usually characterized by temperature and accumulated temperature. The study adopts 10°C as a threshold because this is the threshold temperature for the growth of thermophilic plants, a temperature at which chimonophilous crops grow rapidly and perennial crops accelerate its accumulation of dry matter. Agricultural departments and institutions often use the ≥10℃ accumulated temperature and its corresponding duration to measure the agro-climatic production potential of a region, which importantly guides the introduction and cultivation system reform. Based on the average daily temperature automatically observed by the Chinese Ecosystem Research Network (CERN), we used the 5-day moving average method to build a dataset of ≥10℃ accumulated temperature at field stations of typical Chinese ecosystems from 2005 to 2015. The dataset records the ≥10℃accumulated temperature, effective accumulated temperature and duration at 35 field stations of CERN that covers China’s major ecosystems of, for example, agriculture, forest, grassland, desert, wetland, lake and bay, which is expected to support research on accumulated temperature changes regionally or nationwide.
Keywords: ecosystem; ≥10℃ accumulated temperature; field station; thermal resources
数据库(集)基本信息简介
数据库(集)名称中国典型生态系统生态站2005–2015年≥10℃积温数据集
数据作者苏文
数据通信作者苏文(suw@igsnrr.ac.cn)
数据时间范围2005–2015年
地理区域中国生态系统研究网络(CERN)35个生态站,包括:海伦站、沈阳站、栾城站、安塞站、禹城站、长武站、封丘站、常熟站、盐亭站、拉萨站、桃源站、鹰潭站、千烟洲站、长白山站、北京森林站、茂县站、贡嘎山站、会同站、鼎湖山站、鹤山站、哀牢山站、西双版纳站、内蒙古站、海北站、阜康站、奈曼站、鄂尔多斯站、临泽站、策勒站、沙坡头站、三江站、太湖站、东湖站、大亚湾站、胶州湾站
数据量497条记录
数据格式*.xlsx
数据服务系统网址http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/664
基金项目国家重点研发计划(2017YFC0503803);中国科学院科学服务网络计划(STS计划,KFJ-SW-STS-168)
数据库(集)组成数据文件由2个表单组成,“积温数据”表单存放35个生态站2001–2015年的≥10℃积温相关数据,共有497条记录;“生态站信息”表单存放35个生态站的基础背景信息。
Dataset Profile
TitleA dataset of ≥10℃ accumulated temperature at field stations of typical Chinese ecosystems from 2005 to 2015
Data corresponding authorSu Wen (suw@igsnrr.ac.cn)
Data author(s)Su Wen
Time range2005 – 2015
Geographical scope35 field stations of the Chinese Ecosystem Research Network (CERN), including stations of Hailun, Shenyang, Luancheng, Ansai, Yucheng, Changwu, Fengqiu, Changshu, Yanting, Lasa, Taoyuan, Yingtan, Qianyanzhou, Changbaishan, Beijing, Maoxian, Gonggashan, Huitong, Dinghushan, Heshan, Ailaoshan, Xishuangbanna, Inner Mongolia, Haibei, Fukang, Naiman, Ordos, Linze, Cele, Shapotou, Sanjiang, Taihu, Donghu, Dayawan, Jiaozhouwan.
Data volume497 records
Data format.xlsx
Data service systemhttp://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/664
Sources of fundingNational Key R&D Program of China (2017YFC0503803); Science and Technology Service Network Initiative of the Chinese Academy of Sciences (STS Plan, KFJ-SW-STS-168)
Dataset compositionThe dataset consists of an Excel file which is composed of two sheets. The “Accumulated Temperature Data” sheet stores the accumulated temperature data of the 35 field stations from 2001 to 2015, with a total of 497 records; The “Information of field stations” sheet stores the basic background information of the 35 stations.
引 言
热量资源是自然区域和自然带划分的重要依据,是农业生产的重要自然资源,通常以温度高低和积温多少来表征。某一时段内逐日平均气温累积之和称为积温。在农业生产实践中,积温的应用很广泛,是开展农业气候区划、农作物种植合理配置、作物物候期预报、病虫害预测等方面工作的重要依据,对该地区农业发展具有重要意义[1,2,3,4 ]。在全球气候变暖背景下,越来越多的学者选取积温为主要热量指标,开展全国或区域农业热量资源的时空分布及其变化特征、热量资源变化对农业生产的影响等方面的研究[1,3,5,6,7,8,9,10 ]
生态系统是地球系统中最为活跃、与人类活动最为密切的生物圈的核心。中国生态系统研究网络(CERN)于1988年由中国科学院组建,目前有44个生态站、5个学科分中心和1个综合研究中心组成。生态站涵盖了农田、森林、草地、荒漠、湖泊、海湾、沼泽、喀斯特和城市9类生态系统,分布在我国的主要气候地带和经济类型区域[11]。CERN的主要任务之一是按照统一规范对我国典型生态系统的主要环境因子和生物群落及其基本生态过程进行长期观测。自1998年以来,CERN的每个生态站按照统一的监测指标体系和操作规范,针对其代表性生态系统,按规定的时间频度和监测范围,对水分、土壤、大气、生物等4个学科大类的近300个项目进行观测和分析[12]。各生态站在能够反映本站较大范围气象要素特点的地方设置气象观测场,获取地面气象数据[13]
目前有关积温的数据产品主要是气象部门地面气象站的积温数据或是以气象站积温数据为基础生成的积温空间分布数据集。积温与其他资源的区别在于存在很大的地域差异和时间变化[14]。CERN生态站的气象观测数据不仅反映了站点的气象状况,还能够代表周围一定范围的平均气象状况[15],因此,利用CERN生态站逐日平均气温数据建立长时间序列的生态站积温数据集,不仅反映我国典型生态系统生态站积温的时空变化,在一定程度上也是气象部门站点积温数据的重要补充。
1   数据采集和处理方法
自动观测是生态观测研究的主要手段,生态站主要采用自动气象站对气象要素进行长期、连续观测。通过仪器获得的原始数据经过CERN大气分中心组织开发的数据处理软件处理后,生成规范化的报表,每年定期报送到大气分中心。分中心对数据进行审核,将达到规范要求的数据提交综合中心,综合中心将数据加载到CERN综合数据库并对外发布共享。2005年生态站新增常规气象要素的人工观测,数据同样定期报送、审核、发布。
根据生态站已有数据状况,确定以时间序列较长的自动观测气温数据作为基础数据,以人工观测数据与中国气象局气象站数据为辅助数据,构建生态站积温数据集,具体构建过程见图1。


图1   积温数据集构建流程图
1.1   数据收集
CERN气温的自动观测仪器为芬兰Vaisala公司生产的HMP45D温湿度传感器。该传感器是目前我国气象部门地面气象观测网内自动气象站统一使用的测量气温和相对湿度的传感器[16]。原始观测数据每整点小时存储在数据采集器的日文件中,再通过数据处理软件计算气温日、月平均值与合计值[13,15]
多数生态站的气温数据从1998年开始,考虑到观测初期数据质量参差不齐,确定2001年为起始年,2015年为终止年,构建2001–2015年15年积温数据集。选取具有10年以上观测数据的35个生态站(见表1)逐日平均自动观测气温数据作为基础数据,数据来自CERN综合中心数据资源服务网站(http://www.cnern.org.cn)的生态系统长期监测数据库。2005–2015年的人工观测气温数据同样来自此网站。邻近中国气象局气象站的日气温数据来自国家气象信息中心,时间段为2001–2004年。
1.2   异常数据剔除
基础数据每年经过大气分中心的质量控制,包括对数据进行物理极值检查、历史极值检查、内部一致性检查、时间一致性检查等[15],已经剔除了明显的错误数据。为了尽量使所有错误和极可疑的数据得以纠正,重点围绕长时间序列、多站点比较等方面开展了数据质量检查(具体内容见第三章),对检查出来的错误数据进行剔除。
1.3   数据插补
由于仪器故障、人为因素、质量控制等原因,各个生态站气温观测数据都存在缺失的情况,从而造成日气温时间序列的不完整。为了保证积温数据的完整性和连续性,需要对缺失的气温数据进行插补,以得到完整的数据序列。
通过建立生态站气温数据与数据完整性好的相关气温序列的回归方程,来完成基础气温数据的插补。2005–2015年将生态站人工观测日气温作为参考数据,2001–2004年以邻近的中国气象局气象站日气温作为参考数据,建立生态站已有日气温数据与参考数据序列的一元线性回归方程,利用参考数据将生态站缺失的数据补齐。所有插补方程拟合程度较高,2001–2004年R2均大于0.96,2005–2015年R2均为0.98以上,且全部通过显著性检验。各生态站的数据插补率见表1。
表1   生态站基本信息及数据插补率
生态站名称生态站代码生态类型气象观测场位置数据插补率(%)
经度(°)纬度(°)海拔(m)2001–20042005–2015
海伦站HLA农田126.9347.4523410.951.92
沈阳站SYA农田123.3741.524237.174.63
栾城站LCA农田114.6937.8950.123.0718.67
安塞站ASA农田109.3336.86103331.554.21
禹城站YCA农田116.5736.83222.745.20
长武站CWA农田110.6835.2412204.934.16
封丘站FQA农田114.5535.0267.59.864.63
常熟站CSA农田120.7031.553.17.121.57
盐亭站YGA农田105.4631.274201.235.08
拉萨站LSA农田91.3429.6836884.63
桃源站TYA农田111.4428.9310617.111.67
鹰潭站YTA农田116.9328.214519.993.31
千烟洲站QYA农田115.0626.7553.51.371.00
长白山站CBF森林128.1042.357387.942.99
北京森林站BJF森林115.4339.97124824.985.00
茂县站MXF森林103.9031.7018912.54
贡嘎山站GGF森林102.0029.5830003.358.66
会同站HTF森林109.6126.8555710.136.67
鼎湖山站DHF森林112.5523.1610033.472.36
鹤山站HSF森林112.9022.687513.623.24
哀牢山站ALF森林101.0324.5424891.72
西双版纳站BNF森林101.2621.935650.551.54
内蒙古站NMG草地116.7143.64118713.695.80
海北站HBG草地101.3137.61320022.454.80
阜康站FKD荒漠87.9344.3047518.147.64
奈曼站NMD荒漠120.7042.9335814.994.28
鄂尔多斯站ESD荒漠110.1939.4913009.36
临泽站LZD荒漠110.1339.3513841.05
策勒站CLD荒漠80.4337.0113033.41
沙坡头站SPD荒漠105.0137.47134015.335.92
三江站SJM沼泽133.5047.595512.732.94
太湖站THL湖泊120.2231.421020.740.77
东湖站DHL湖泊114.3530.55210.57
大亚湾站DYB海湾114.9122.99402.331.24
胶州湾站JZB海湾120.2736.051513.0715.48
注:数据插补率缺失处表示此时间段无数据,无需插补。
1.4   积温计算
在农业生产中常用的积温有活动积温和有效积温两种。等于大于生物学下限温度的日平均气温值称为活动温度;在一定时期内活动温度的总和为活动积温。活动温度与生物学下限温度之差,称作有效温度;在一定时期内有效温度的总和,即为有效积温[17]
10℃是喜温植物适宜生长的起始温度,也是喜凉作物迅速生长、多年生作物开始以较快速度积累干物质的温度。农业生产及科研部门以≥10℃积温及其相应的持续日数来衡量一个地区的农业气候生产潜力,并作为引种和耕作制度改革的重要依据[3,7,18]。因此,本数据集将计算积温的界限温度定为10℃,采用5日滑动平均法计算日平均气温稳定≥10℃的活动积温、有效积温和持续日数。具体计算方法如下:
(1)确定日平均气温稳定≥10℃的起止日期
在一年中,选择5日滑动平均值≥10℃的最长一段时期,在此时期内的第一个5日中,挑选第一个日平均气温≥10℃的日期,作为日平均气温稳定≥10℃的起始日;在最后一个5日中,挑选最后一个日平均气温≥10℃温度的日期作为终止日[17,19]
(2)编制计算机程序,计算积温和持续日数
计算起始日至终止日期间≥10℃的日平均气温总和,得到稳定≥10℃的活动积温,即:
\[{T}_{a}=\sum _{i=1}^{n}{T}_{i}\]
(1)
式中,Ta 为活动积温(℃);Ti 为日平均气温(℃),当Ti <10℃时,Ti =0;n为计算时段的天数。
计算起始日至终止日期间日平均气温与10℃之差的总和,得到稳定≥10℃的有效积温,即:
\[T_{e}=\sum ^{n}_{i=1}\left( T_{i}-10\right)\]
(2)
式中,Te 为有效积温(℃);Ti 为日平均气温(℃),当Ti <10℃时,则不参加计算;n为计算时段的天数。
累加起始日至终止日期之间的天数,得到日平均气温稳定≥10℃的持续日数。
2   数据样本描述
本数据集的数据存储于Excel文件的2个数据表单中,“积温数据”表单存放35个生态站2001–2015年的≥10℃积温相关数据,共有497条记录;“生态站信息”表单存放35个生态站的基础背景信息。这2个数据表单所包含的具体字段名称、类型及示例见表2和表3。
表2   积温数据表内容
序号字段名称量纲数据类型示例
1生态站代码字符型ASA
2年份数字型2001
3活动积温数字型3110.1
4有效积温数字型1530.1
5起始日期字符型2001-4-27
6终止日期字符型2001-10-6
7持续日数数字型163
表3   生态站信息表内容
序号字段名称量纲数据类型示例
1生态站名称字符型安塞站
2生态站代码字符型ASA
3所在地点字符型陕西省延安市安塞县墩滩
4生态类型字符型农田
5气象观测场经度°数字型109.33
6气象观测场纬度°数字型36.86
7气象观测场海拔高度m数字型1033
8区域代表性简述字符型位于黄土高原中部典型黄土丘陵沟壑水土流失严重区,在土壤类型上处于黄绵土与沙黄土交错区;在气候上处于暖温带半湿润向半干旱过渡区;植被类型处于暖温带落叶阔叶林向干草原过渡的森林草原区,同时又是典型受人类活动影响的水土流失严重区。该区土地类型多样,资源丰富,对于开展水土保持与生态环境建设科学研究和试验示范具有典型代表性。
图2展示了海伦站和鹰潭站2001–2015年稳定≥10℃的活动积温、有效积温的变化状况。




图2   海伦站和鹰潭站2001–2015年稳定≥10℃积温变化
3   数据质量控制
为了提高数据的准确性、真实性和可靠性,采用“伙伴检验”的方式对基础数据进行了质量检查,即将某站的气象要素与气候上相似的一个或多个邻近站点的气象要素相比较[20]
2001–2004年气温数据的检查是将生态站日气温与一个邻近气象站的日气温比较。为消除两站数据之间的固有差距,采用比较两站气温偏离本站的距平,将两站距平差距超过2.5℃的数据视为错误数据[20]
2005–2015年气温数据则采用人工观测数据作为比较对象,将两类数据距平差距超过2.5℃的数据视为可疑数据,再参考邻近气象站的同期观测数据判断是否为错误数据。
4   数据使用方法和建议
本数据集汇集了35个生态站2001–2015年15年的≥10℃积温数据,覆盖了农田、森林、草地、荒漠、沼泽、湖泊和海湾等主要生态系统,为相关学者研究区域或全国≥10℃积温的时空格局与变化特征提供了新的数据源,辅以更全面地揭示热量资源分配的格局、规划与调整种植结构和作物布局、制定农业可持续发展规划。
[1]
张厚瑄, 张翼. 中国活动积温对气候变暖的响应[J]. 地理学报, 1994, 49 (01): 27-36.
[2]
廖顺宝, 李泽辉. 积温数据栅格化方法的实验[J]. 地理研究, 2004, 23 (05): 633-640.
[3]
戴声佩, 李海亮, 罗红霞, 等. 1960–2011年华南地区界限温度10℃积温时空变化分析[J]. 地理学报, 2014, 69 (05): 650-660.
[4]
廖能器. 谈谈积温[J]. 气象, 1978 (06): 29.
[5]
缪启龙, 丁园圆, 王勇, 等. 气候变暖对中国热量资源分布的影响分析[J]. 自然资源学报, 2009, 24 (05): 934-944.
[6]
胡琦, 潘学标, 邵长秀, 等. 1961–2010年中国农业热量资源分布和变化特征[J]. 中国农业气象, 2014, 35(02): 119-127.
[7]
孟艳灵, 殷淑燕, 杨锋, 等. 晋陕蒙地区≥10℃积温的时空变化特征[J]. 中国农业气象, 2016, 37 (06): 615-622.
[8]
邱新法, 王喆, 曾燕, 等. 1960–2013年中国≥10℃积温时空变化特征及其主导因素分析[J]. 江苏农业科学, 2017, 45(02): 220-225.
[9]
唐宝琪, 延军平, 李英杰. 华东地区≥10℃积温的时空演变特征[J]. 中国农业气象, 2015, 36 (06): 674-682.
[10]
王涛, 沈渭寿, 林乃峰, 等.长江流域近50 a≥0℃积温变化特征及农业适应对策[J]. 生态与农村环境学报, 2015, 31 (01): 22-29.
[11]
于贵瑞, 于秀波. 中国生态系统研究网络与自然生态系统保护[J]. 中国科学院院刊, 2013, 28 (02): 275-283.
[12]
黄铁青, 牛栋. 中国生态系统研究网络(CERN): 概况、成就和展望[J]. 地球科学进展, 2005, 20 (08): 895-902.
[13]
中国生态系统研究网络科学委员会.生态系统大气环境观测规范[M]. 北京:中国环境科学出版社, 2007.
[14]
地理国情监测云平台. 全国大于0℃积温空间分布信息产品 [EB/OL]. [2018–10–23]. http://www.dsac.cn/DataProduct/Detail/201017
[15]
胡波, 刘广仁, 王跃思. 生态系统气象辐射监测质量控制与管理[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 2012.
[16]
滑洁, 张淑娥, 刘磊. HMP45D型温湿度传感器在自动气象站的应用[J]. 科技风, 2012 (04): 88, 90.
[17]
本刊编辑部. 积温及计算方法[J]. 广西园艺, 2004, 15 (03): 53-55.
[18]
金基锡. 热量指标的一种鉴定方法[J]. 气象, 1982 (03): 24-25.
[19]
王树廷. 关于日平均气温稳定通过各级界限温度初终日期的统计方法[J]. 气象, 1982 (06): 29-30.
[20]
杨贤为. 气候应用专用数据库气象资料的质量检验[J]. 气象, 1998(12): 34-37.
数据引用格式
苏文. 中国典型生态系统生态站2005–2015年≥10℃积温数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2018. (2018-10-15). DOI: 10.11922/sciencedb.664.
稿件与作者信息
论文引用格式
苏文. 中国典型生态系统生态站2005–2015年≥10℃积温数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2018. (2018-10-24). DOI: 10.11922/csdata.2018.0065.zh.
苏文
Su Wen
数据整理及论文撰写。
suw@igsnrr.ac.cn
(1968—),女,北京市人,学士,高级工程师,研究方向为生态信息学 。
出版历史
I区发布时间:2018年10月24日 ( 版本ZH2
参考文献列表中查看
中国科学数据
csdata