2005~2015年CERN光合有效辐射数据集

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1. 请作者将数据集所在的网页:http://rs.cern.ac.cn/data/initDRsearch?classcode=DPAPER 以在线访问的方式上传到ScienceDB上,并在论文的“数据库(集)基本信息简介”——“数据服务系统网址”里面添加上在http://rs.cern.ac.cn/data/initDRsearch?classcode=DPAPER和ScienceDB里查看数据集的网址。 2. 中文摘要的最后一句似乎表述不够清晰,请检查。 3. 数据库(集)基本信息简介——数据库(集)组成中,建议加上测量的时间间隔,如小时。 4. 引言中第2句百分号不可省略。 5. 图1存在以下问题:①地图似乎有所拉升变形,如有,请等比例缩放。②需注释图中出现的英文单词。 6. 图2中的“数据二次审核”没有在上述流程中提到?请补充。 7. 第3章第一步中的单位请确认是否为上角标。 8. 第4章中重复的主语可否删除?

【2016-10-28】 评论来自:版本 1
作者: 1.已将数据集所在的网址上传到ScienceDB上,并在数据论文里做了相应修正,论文中数据库基本信息简介表里黄色高亮标注; 2. 中文摘要最后一句已修正,摘要中高亮标注,并在英文摘要做了相应修正; 3.已添加数据集基本信息,改为“小时光合有效辐射数据集”; 4.已添加百分号; 5.图1重新进行了修正,图例改为中文,站代码对应的名称在表1中有解释,在图1标题中也增加了说明; 6.数据流程重新进行了补充,在文中图2上方进行了高亮标识,改为:“.经数据采集中心初步质控和审核后提交至中国生态系统研究网络大气分中心,大气分中心进一步进行质控和二次审核后,反馈给台站并上交至生态系统研究网络综合研究中心。”; 7.该单位是上角标,已在文中进行了修改; 8.重复的主语可以删除,已在文中删除。 【2016-11-25】 评论来自:版本 1
责编委:

数据的选取具有一定的科学研究意义,数据的生产能够遵循一定的规范方法并在一段时间内持续积累,具有分享的价值,建议进入同行评议。

【2016-11-28】 评论来自:版本 1
责编:

同评专家一:

该文收集并整理了中国生态系统研究网络(CERN)40个野外观测台站测定的光合有效辐射数据。光合有效辐射数据是生态系统生产力、光合作用估算的基础数据源。该数据集的发表不仅可用于典型生态系统生产力和光合作用研究,还有助于生态系统模型的验证和完善,以及遥感辐射产品的地面验证等研究。然而,该文还存在以下不足,需要做进一步改进。

 

1、考虑到气象部门有很多辐射产品,以及国内外有很多遥感辐射产品,建议作者在引言部分综述国内外已有辐射数据产品的现状,明确指出本数据集的特色和价值所在。
2、该文发布的数据为CERN40个台站光合有效辐射的原始数据(经质量控制后),时间步长为小时尺度,并且数据作者没有包括40个台站的研究人员,可能引起数据的知识产权争议。建议作者对该基础数据集进行相关处理加工后形成高级产品再发布,比如经质量控制和插补后形成日尺度(8天、月等)的光合有效辐射数据集,一方面避免数据知识产权问题,另一方面方便于相关领域的研究人员直接使用。另外,建议作者重新考虑作者署名问题,保护CERN数据的知识产权。
3、数据采集和处理方法部分中所涉及到的仪器和观测系统,应写明仪器产地和公司。
4、作者以2015年为例,展示了光合有效辐射数据的空间分布和日变化。考虑到
【2016-12-20】 评论来自:版本 1
作者: 回复同评专家一: 1、感谢同评专家的建议,已在引言部分第二段和第三段前三行综述了已有光合有效辐射数据产品的现状,并且指出了本数据集的特色; 2、对数据集进行了加工处理,把小时光合有效辐射加工为光合有效辐射日均值,并对数据样本描述部分重新进行了撰写,对数据库(集)基本信息简介表中数据库(集)组成和文中其它涉及数据描述的语句做了相应修改;对文中作者署名进行了修正,在题目下方增加了数据作者,基本信息简介表中增加了数据生产者,并在数据作者分工职责部分增加了数据作者的贡献; 3、在数据采集和处理方法部分增加了所涉及仪器的产地和公司,包括:Li-190SZ光量子感应器(荷兰, Kipp&zonen;);美国海洋公司便携式 UV-VIS-NIR光谱仪;Vaisala(芬兰)数据采集器; 4、对图3和图4做了修改,图3给出了大气分中心站光合有效辐射日均值2005-2015年的长期变化,图4给出了2005-2015年光合有效辐射日均值和标准差的空间分布 回复同评专家二: 已对数据集进行了加工,提供2005-2015年光合有效辐射日均值 回复同评专家三: 1、引言中该句话修改为:不仅有助于作物光合潜力、潜在产量的评估研究和作物生长的模拟研究; 2、引言中“CERN观测网”已改为“CERN”; 3、表1中“站点缩写”已改为“站点代码”,并且文中其它“站点缩写”的描述都修正为“站点代码”。非常抱歉,之前的北京城市站应该是大气分中心站,代码为:ASC 【2016-12-23】 评论来自:版本 1
作者: 谢谢评审专家的建议,现逐一进行回复。 1、在文中引言部分第二三段归纳总结了目前已有的光合有效辐射数据产品以及CERN辐射观测数据的优势。 2、暂未修改,按照专刊最终统一规定执行。 3、文章中表2增加了一列用于计算光合有效辐射日均值的有效正点瞬时值数据量,用于对光合有效辐射日均值数据质量的评估。在数据集中也相应增加了用于计算日均值的小时光合有效辐射数据量。 4、已向相关人员确认,对数据集进行了更新。 【2017-01-11】 评论来自:版本 1
专家: 已经根据专家意见进行了相应修改,还存在以下小问题:
1、建议给“全美辐射观测网络SURFRAD”和“FLUXNET”添加引用文献,并在缩写第一次出现时写全称
2、“FLUXNET是一个全球的微气象……,FLUXNET没有统一标准的地表太阳辐射观测精度评定”这2句话仅介绍了FLUXNET的情况,没有提到辐射数据产品。
3、数据集中,每个excel文件缺少表头。
4、标点符号使用不规范,比如引言最后一段,“40个野外观测站(农业生态站15个,森林生态站10个,……)”括号中逗号应为顿号,并应把数量放在前面。
【2017-01-16】 评论来自:版本 1
作者: 感谢评审专家的建议,现一一回复: 1、添加了GLASS、SURFRAD和FLUXNET的引用文献,分别为参考文献[3]、[5]、[6]。文中在SURFRAD第一次出现时增加了其全称“Surface Radiation Budget Network”。FLUXNET是全球通量观测网络,不是缩写。 2、在引言第二段增加了FLUXNET辐射产品的介绍:“全球通量观测网络FLUXNET是一个全球的微气象塔观测网络,由一系列的区域网络组成的,提供1991年至今212个观测站的光合有效辐射数据集。” 3、对数据集进行了修正,按照表2的表头,给数据集中每个excel表增加了表头。 4、按照要求,把该部分内容改为:“15个农业生态站、10个森林生态站、2个草地生态站、6个荒漠生态站、1个沼泽湿地生态站、2个湖泊生态站、3个海湾生态站、1个城市生态站”。对全文标点符号进行了仔细检查。 【2017-01-17】 评论来自:版本 1
责编:

经编委投票,决定录用本文。

【2017-01-24】 评论来自:版本 1
专家: 作者根据专家意见对文章做了相应修改,但还存在以下问题:
1、作者在引言第二段增加了国内外辐射研究的综述,但文字不够简练,缺乏总结,仅是参考文献的罗列,建议归纳总结目前已有的辐射数据产品现状,及CERN辐射数据的优势;
2、作者在署名中增加了台站人员,但分别以论文作者和数据作者的方式区分开,不符合一般文章的署名方式,建议作者合并在一起,不做区分。
3、作者在表1中给出了11年各站点的有效数据量,但没有给出日均值数据产品(表2)的质量情况,不清楚用于计算逐日光合有效辐射日均值的有效正点瞬时值数据情况。建议作者在表2中也增加一列对有效数据量的定性或定量评估。
4、由于数据集没有更新,无法查看新数据。
【2017-02-04】 评论来自:版本 1

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2005~2015年CERN光合有效辐射数据集

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2005~2015年CERN光合有效辐射数据集

作者发表的论文

1 夏秋季石家庄大气污染变化特征观测研究
杜吴鹏,王跃思,宋涛,辛金元,程一松,吉东生. 环境科学[J],2010,31(7),1409-1416

数据来源:CSCD中国科学引文数据库      CSCD      被引次数: 10

2 呼吸系统疾病死亡人数的人工神经网络方法研究
张莹,邵毅,王式功,尚可政,李旭,刘慧,耿迪. 中国卫生统计[J],2014,31(5),761-764

数据来源:CSCD中国科学引文数据库      CSCD      被引次数: 1

3 山东禹城紫外辐射变化特征及其估测方程的建立
刘慧,胡波,王跃思,王式功. 大气科学[J],2015,39(3),503-512

数据来源:CSCD中国科学引文数据库      CSCD      被引次数: 0

4 北京城市紫外辐射计算方法的研究
于立,尚可政,王式功,李继祥,刘慧,龙治平,王嘉媛. 兰州大学学报. 自然科学版[J],2015,51(3),367-374

数据来源:CSCD中国科学引文数据库      CSCD      被引次数: 0

20052015CERN光合有效辐射数据集

刘慧1,2,唐利琴1,3,胡波1,4*,刘广仁1,王跃思1,白帆5,陈永福6,程一松7,杜娟8,杜明武9,高美荣10,高新连11,高永平12,官有军13,郭永平14,韩建梅15,韩军16,何其华17,姜峻18,蒋正德19,李国振20,李猛21,李小丽22,李玉霖23,林静慧24,刘文杰25,刘允芬26,娄金勇27,孟泽28,乔田华29,宋星宇30,孙聃31,孙维32,王可琴33,王克林34,武传胜35,徐浩36,徐文婷37,尹春梅38,张法伟39,张秀永40,赵永芳41,朱广伟42,朱元骏43

1. 中国科学院大气物理研究所,大气边界层物理和大气化学国家重点实验室, 北京 100191;

2.兰州大学,大气科学学院,兰州 730000;

3. 成都信息工程大学,大气科学学院,成都 610225;

注:其他作者的单位信息见“数据库(集)基本信息简介”

*联系人(Email: hub@post.iap.ac.cn)

摘要:光合有效辐射在生态学、农学以及气候学等多个学科中都有重要的应用价值。它是揭示物质与能量交换过程的基本生理变量,是光合潜力、潜在产量的评估研究和作物生长模拟研究、土壤碳的固定模拟研究中不可缺少的关键数据之一。该数据集涵盖了中国8个典型陆地生态类型、中国生态系统研究网络(CERN)下属的40个辐射观测站观测的光合有效辐射日均值,时间跨度为2005~2015年。通过对传感器的集中标定与规范的数据质量控制方案,保障了观测数据的可靠性与可比性。采用光谱仪、辐射标准灯传递辐射基准方案,对光合有效辐射传感器进行集中标定与比对,标定精度小于5%,符合世界气象组织(WMO)标准;采用极值法对观测的光合有效辐射数据进行质量控制。

关键词:CERN;中国陆地生态系统;光合有效辐射;观测

Photosynthetically active radiation dataset in Chinese Ecosystem Research Network (2005 – 2015)

Liu Hui 1,2, Tang Liqin 1,3, Hu Bo1,4*, Liu Guangren1, Wang Yuesi1, Bai Fan5, Chen Yongfu6, Cheng Yisong7, Du Juan8, Du Mingwu9, Gao Meirong10, Gao Xinlian11, Gao Yongping12, Guan Youjun13, Guo Yongping14, Han Jianmei15, Han Jun16, He Qihua17, Jiang Jun18, Jiang Zhengde19, Li Guozhen20, Li Meng21, Li Xiaoli22, Li Yulin23, Lin Jinghui24, Liu Wenjie25, Liu Yunfen26, Lou Jinyong27, Meng Ze28, Qiao Tianhua29, Song Xingyu30, Sun Dan31, Sun Wei32, Wang Keqin33, Wang Kelin34, Wu Chuansheng35, Xu Hao36, Xu Wenting37, Yin Chunmei38, Zhang Fawei39, Zhang Xiuyong40, Zhao Yongfang41, Zhu Guangwei42, Zhu Yuanjun43

1. State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100191, P. R. China;

2. College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, P. R. China;

3. College of Atmospheric Sciences, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, P. R. China;

Note: Please turn to the Dataset Profile for other authors’ detail information.

*Email: hub@post.iap.ac.cn

Abstract: Photosynthetically active radiation (PAR) plays important roles in multiple subjects such as ecology, agronomy and climatology. It is the fundamental physiological variable that reveals the exchange processes of material and energy. PAR is essential for studying the potential photosynthesis, potential yield and simulation of plant growth and soil carbon fixation. The daily average PAR dataset in 8 Chinese typical terrestrial ecosystems covers 40 radiation stations (which belong to Chinese Ecosystem Research Network, CERN) from 2005 to 2015. To ensure the reliability and comparability of observational data, centralized calibration and normative data quality control are conducted. Standard radiative lamp and spectrometer are used to establish quantum sensor calibration system and the accuracy of the calibrated quantum sensor is within 5% which meets the WMO criterion of photosynthetically active radiation study; then the quality control of PAR dataset is conducted using the extremum method.

Keywords: Chinese Ecosystem Research Network; Chinese typical terrestrial ecosystems; photosynthetically active radiation; observation

数据库(集)基本信息简介

数据库(集)中文名称

2005~2015年CERN光合有效辐射数据集

数据库(集)英文名称

Photosynthetically active radiation data set in Chinese Ecosystem Research Network (2005 – 2015)

联系人

胡波(hub@post.iap.ac.cn)

数据生产者

CERN站

观测人员

站长

所属研究所

阿克苏

李国振、宋君霞

赵成义

中国科学院新疆生态与地理研究所20

哀牢山

武传胜、刘玉洪

张一平

中国科学院西双版纳热带植物园35

安塞

姜峻

陈云明

中国科学院水土保持研究所18

北京森林

白帆、周庆华

桑卫国

中国科学院植物研究所5

策勒

郭永平、李向义

曾凡江

中国科学院新疆生态与地理研究所14

长白山

徐浩、关德新

王安志

中国科学院沈阳应用生态研究所36

长武

朱元骏、李宏刚

刘文兆

中国科学院水土保持研究所43

常熟

林静慧、王书伟

颜晓元

中国科学院南京土壤研究所24

大气分中心

胡波

王跃思

中国科学院大气物理研究所4

大亚湾

宋星宇、潘建平

王友绍

中国科学院南海海洋研究所30

鼎湖山

孟泽、张倩媚

周国逸

中国科学院华南植物园28

东湖

韩军、过龙根

谢平

中国科学院水生生物研究所16

鄂尔多斯

杜娟、崔清国

黄振英

中国科学院植物研究所8

封丘

李小丽

丁维新

中国科学院南京土壤研究所22

阜康

高新连、牛信信

马健

中国科学院新疆生态与地理研究所11

贡嘎山

王可琴、刘明德

王根绪

中国科学院成都山地灾害与环境研究所33

海北

张法伟

张法伟

中国科学院西北高原生物研究所39

海伦

李猛

韩晓增

中国科学院东北地理与农业生态研究所21

鹤山

孙聃、林永标

申卫军

中国科学院华南植物园31

环江

王克林、傅伟

何菲

中国科学院亚热带农业生态研究所34

会同

张秀永、颜绍馗

汪思龙

中国科学院沈阳应用生态研究所40

胶州湾

赵永芳、朱明亮

孙松

中国科学院海洋研究所41

拉萨

孙维、何永涛

张扬建

中国科学院地理科学与资源研究所32

临泽

杜明武、吉喜斌

赵文智

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所9

栾城

程一松、胡春胜

沈彦俊

中国科学院遗传与发育生物学研究所7

茂县

何其华、周志琼

包维楷

中国科学院成都生物研究所17

奈曼

李玉霖、冯静

赵学勇

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所23

内蒙古

韩建梅、王扬

白永飞

中国科学院植物研究所15

千烟洲

刘允芬、温学发

王辉民

中国科学院地理科学与资源研究所26

三江

乔田华、郭跃东

宋长春

中国科学院东北地理与农业生态研究所29

三亚

陈永福

黄晖

中国科学院南海海洋研究所6

沙坡头

高永平、高艳红

李新荣

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所12

神农架

徐文婷、赵常明

谢宗强

中国科学院植物研究所37

沈阳

蒋正德、郑立臣

陈欣

中国科学院沈阳应用生态研究所19

太湖

朱广伟、杨宏伟

秦伯强

中国科学院南京地理与湖泊研究所42

桃源

尹春梅、傅心赣

魏文学

中国科学院亚热带农业生态研究所38

西双版纳

刘文杰、邓云

曹敏

中国科学院西双版纳热带植物园25

盐亭

高美荣

朱波

中国科学院成都山地灾害与环境研究所10

鹰潭

官有军、刘晓利

孙波

中国科学院南京土壤研究所13

禹城

娄金勇、刘振民

欧阳竹

中国科学院地理科学与资源研究所27

数据时间范围

2005~2015年

地理区域

中国陆地

数据格式

﹡.xlsx

数据量

4.88 MB

数据服务系统网址

http://rs.cern.ac.cn/data/initDRsearch?classcode=DPAPER

http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/326

基金项目

中国科学院科技服务网络计划(STS计划,KFJ-SW-STS-168)

中国科学院科技服务网络计划(STS计划,KFJ-SW-STS-167)

数据库(集)组成

中国陆地生态系统光合有效辐射数据集由40个excel文件组成,每个文件为一个站的日平均光合有效辐射数据集,文件名为对应站点名称的代码,每个站点各有4017条记录。

引 言

植物依靠叶绿素吸收太阳光进行光合作用。叶绿素对400~700 nm波段的太阳光谱吸收效率在60%~90%,此光谱范围内的太阳辐射为光合有效辐射(PAR)。它是形成生物量的能量来源,直接影响着植被的生长、发育、产量和产品质量。同时,作为一种重要的气候资源,光合有效辐射影响着地表与大气的物质与能量交换,不仅有助于作物光合潜力、潜在产量的评估研究和作物生长的模拟研究,而且还是生态系统碳通量研究及全球变化模拟研究中不可缺少的基础数据之一。光合有效辐射是陆地和海洋生态系统碳循环的核心因素,它的精确测量有助于修正净生产率和碳源汇研究模型,使各种模式更贴近实际地–气系统的变化规律[1],也就是说光合有效辐射是全球及区域碳支出研究、寻找“碳丢失”的一个关键参数。

目前光合有效辐射数据产品主要分成两类:一是针对不同传感器生产的遥感辐射产品;二是地面站点直接观测的产品。遥感辐射产品主要有:全球能量与水循环试验(Global Energy and Water Cycle Experiment,GEWEX)发布的一个全球1983~2007年的地表辐射收支数据产品集GEWEX-SRB,时间分辨率为3小时、日值以及月值,空间分辨率为1º×1º[2];云和地球辐射能量系统(Clouds and Earth’s Radiant Energy System,CERES)科学研究小组生产的2001年至今的全球辐射产品CERES-SYN1deg,时间分辨率为3小时以及月值,空间分辨率为1º×1º;北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院生产的GLASS[3](Global Land Surface Satellite)2008~2010年PAR产品,时间分辨率3小时,空间分辨率为5 km;基于ISCCP(International Satellite Cloud Climatology Project)Cl数据获得的PAR产品ISCCP-BR以及ISCCP-PL[2],时间长度为1983~2009年;基于370 nm的臭氧光谱仪获得的TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer)PAR数据产品,分辨率为是2.5°[4]。对光合有效辐射的地基观测产品主要有:美国国家海洋气象局(NOAA)1993年建立了覆盖全美的辐射观测网络SURFRAD(Surface Radiation Budget Network)[5],提供长期的覆盖地表的太阳辐射观测资料;全球通量观测网络FLUXNET[6](一个全球的微气象塔观测网络,由一系列的区域网络组成),提供1991年至今212个观测站的光合有效辐射数据集。由于各种各样不同的仪器在不同的区域或者国家进行测量,FLUXNET没有统一标准的地表太阳辐射观测精度评定。

综上所述,虽然已有一些PAR产品,但是国内几乎没有对于全国尺度光合有效辐射的长期联网观测研究。中国生态系统研究网络(CERN)是监测中国生态环境变化、综合研究中国资源和生态环境重大问题的全国性网络。该网络的气象辐射观测系统是我国第一个国家尺度的光合有效辐射地基观测网,由分布在我国8种典型生态类型的40个野外观测站(15个农业生态站、10个森林生态站、2个草地生态站、6个荒漠生态站、1个沼泽湿地生态站、2个湖泊生态站、3个海湾生态站、1个城市生态站)组成。CERN 长期进行的光合有效辐射连续观测将为生态系统中碳、氮循环等研究,以及我国气候预测模式研究中辐射过程物理参数化方案的改进、环境外交等相关领域提供科学数据支撑。

1 数据采集和处理方法

测量光合有效辐射的仪器是Li-190SZ光量子感应器(荷兰,Kipp & zonen)。感应器元件采用一种灵敏的蓝色硅电池,仅对波长在400~700 nm波段的太阳光谱有响应,并且波长越小,感应器输出的电流越小。输出的电流大小等同于感应器捕捉的光量子数,该感应器可以很好地对光合有效辐射进行精确测量。

由于光量子感应器有一定的光谱宽度,直接以辐射标准灯作为光源校准后,不能测量自然环境下的光合有效辐射。对于光合有效辐射表的标定采用光谱仪传递辐射标准灯的方案,即先将标准灯入射的光合有效辐射分成若干个极为窄小的波段,采用美国海洋公司便携式 UV-VIS-NIR光谱仪分别对每个小波段进行校准,求出每个小波段的灵敏度。由于每个测量波段极其窄小,滤光片在每个波段的透射比和感应器在该波段的灵敏度均可视为处于理想状态,即在每个波段内不再具有光谱选择性。然后利用光谱仪与光合有效辐射表同时进行太阳光合有效辐射观测,计算光合有效辐射表灵敏度,并对光合有效辐射表进行标定,标定精度在5%以内。利用此标定方法标定的光合有效辐射传感器能够很好地满足WMO对地基辐射观测精度的要求,从而保障观测数据的可靠性、可比性以及长期稳定性。

1 中国陆地生态系统站点分布图(站代码所对应的站点名称见表1

1 CERN辐射观测站的基本信息及数据量

站点代码

站点名称

经度(°

纬度(°

海拔高度(m

生态类型

有效数据(条)

HBG

海北

101.25

37.53

3230

草地

3872

NMG

内蒙古

116.70

43.63

1187

草地

3689

ASC

大气分中心

116.46

39.22

53

城市

3944

DYB

大亚湾

114.52

22.55

21

海湾

3974

JZB

胶州湾

120.27

36.05

15

海湾

3427

SYB

三亚

109.48

18.22

3

海湾

3920

DHL

东湖

114.35

30.62

18

湖泊

4012

THL

太湖

120.22

31.42

10

湖泊

4010

CLD

策勒

80.72

37.02

1371

荒漠

3950

ESD

鄂尔多斯

110.18

39.48

1290

荒漠

3752

FKD

阜康

87.93

47.29

460

荒漠

3745

LZD

临泽

100.12

39.33

1120

荒漠

4015

NMD

奈曼

120.70

42.93

358

荒漠

3830

SPD

沙坡头

105.00

37.47

1357

荒漠

3799

AKA

阿克苏

80.83

40.62

1028

农业

2583

ASA

安塞

109.32

36.86

1189

农业

3935

CSA

常熟

120.68

31.53

1.3

农业

3967

FQA

封丘

114.40

35.00

67.5

农业

3588

HLA

海伦

126.92

47.45

240

农业

4017

HJA

环江

108.32

24.73

279

农业

2517

LSA

拉萨

91.33

29.67

3688

农业

3888

LCA

栾城

114.69

37.89

50.1

农业

3843

QYA

千烟洲

115.05

26.73

100

农业

3920

SYA

沈阳

123.40

41.52

31

农业

3850

TYA

桃源

111.43

28.92

77.5

农业

3972

YGA

盐亭

105.45

31.27

460

农业

3908

YTA

鹰潭

116.92

28.20

35.6

农业

3884

YCA

禹城

116.57

36.87

21

农业

3895

CWA

长武

107.67

35.20

1120

农业

3846

ALF

哀牢山

101.02

24.53

2450

森林

3954

BJF

北京森林

115.433

39.967

1150

森林

3925

DHF

鼎湖山

112.55

23.17

1000.3

森林

4003

GGF

贡嘎山

102.00

29.58

3000

森林

3936

HSF

鹤山

112.90

22.68

80

森林

3669

HTF

会同

109.60

26.85

305

森林

3890

MXF

茂县

103.90

31.70

1816

森林

3941

SNF

神农架

110.22

31.38

1290

森林

2418

BNF

西双版纳

101.27

21.92

570

森林

3957

CBF

长白山

128.10

42.40

736

森林

3987

SJM

三江

133.52

47.58

56.2

湿地

3923

CERN 下属的40个辐射观测站(图1、表1)采用了自动观测系统对光合有效辐射进行连续观测。在观测系统中,数据采集、通讯接口、系统电源均选用Vaisala(芬兰)数据采集器,其精度和采样频率均满足世界地面辐射基准站网的精度要求。观测频率为1次/每分钟,正点(地方时)输出光合有效辐射瞬时值,日均值由所有正点瞬时值求平均获得。

数据采集的流程为:在自动气象站端架设无线数据通讯模块,通过GSM/GPRS无线网络把数据传递给中国移动,再由中国移动的通讯网关经Internet发送至数据采集控制中心。经数据采集中心初步质控和审核后,提交至中国生态系统研究网络大气分中心。大气分中心进行质控和二次审核后,反馈给台站并上交至中国生态系统研究网络综合研究中心。综合研究中心再将数据产品提供给公众及科学家们等共享(图2)。

2 数据产品采集流程图

2 数据样本描述

本数据集由40个excel文件组成,数据文件命名为ABC.xlsx。其中AB代表站点名称代码,对应的站点名称可由表1获得;C代表生态类型,也可以由表1获得。以大气分中心站2015年12月为例描述数据的组织方式(表2)。

2 大气分中心站201512月光合有效辐射数据

光合有效辐射(μmol/(m2∙s)

正点瞬时值数据量(条)

2015

12

1

421.1778

9

2015

12

2

604.7333

9

2015

12

3

623.9444

9

2015

12

4

613.8222

9

2015

12

5

479.1556

9

2015

12

6

475.5333

9

2015

12

7

527.2444

9

2015

12

8

202.6444

9

2015

12

9

88.1125

8

2015

12

10

300.0444

9

2015

12

11

140.55

8

2015

12

12

208.1571

7

2015

12

13

-9999

0

2015

12

14

199.3333

9

2015

12

15

482.7

9

2015

12

16

590.7667

9

2015

12

17

555.1778

9

2015

12

18

423.1556

9

2015

12

19

455.5222

9

2015

12

20

454.1444

9

2015

12

21

398.7111

9

2015

12

22

299.9556

9

2015

12

23

196.6111

9

2015

12

24

522.4444

9

2015

12

25

585.3444

9

2015

12

26

557.3

9

2015

12

27

530.0556

9

2015

12

28

546.9333

9

2015

12

29

556.6333

9

2015

12

30

557.5667

9

2015

12

31

540.2556

9

表中2015年12月13日的“-9999”代表数据缺测或者不满足光合有效辐射数据质量控制方案,视为无效数据。表2中最后一列“正点瞬时值数据量”为用于计算光合有效辐射日均值的有效正点瞬时值数据量,用于对光合有效辐射日均值数据质量的评估。图3为大气分中心站2005~2015年光合有效辐射日均值的长期变化。图4(a)和4(b)分别为我国2005~2015年光合有效辐射日均值和标准差的空间分布格局图。

3 大气分中心站光合有效辐射日均值的长期变化

4 2015年中国陆地生态系统光合有效辐射日均值及标准差的空间分布,单位为μmol/(m2∙s)

3 数据质量控制和评估

CERN光合有效辐射观测网的传感器按照中国气象局辐射观测标准每2年进行一次标定,整个辐射观测系统每5年进行一次辐射基准传递,从而保证了观测仪器的可靠性。此外,为了获得高精度的观测数据,需要对观测数据进行质量控制。夜间没有光合有效辐射,笔者剔除所有太阳高度角小于0°的时刻的光合有效辐射数据;采用极值法对观测的光合有效辐射数据进行质量控制,并对光合有效辐射与总辐射、常规气象要素之间的空间、时间相互关系进行质量控制。具体步骤如下:

1.所有观测到的小时(瞬时)光合有效辐射值小于同一地理位置大气层顶的光合有效辐射。如果观测数据大于大气层顶的辐射值,那么该数据不合格。大气层顶的光合有效辐射计算方案为:

式中R0为大气层顶太阳总辐射,S0为太阳常数,取值为1367 W/m2L0为日地距离订正因子,δ为赤纬,w为时角,φ为观测站点所在的纬度。PAR0为大气层顶的光合有效辐射,单位为μmol/(m2∙s),可由大气层顶的太阳总辐射乘以0.5得到[7]。光合有效辐射有两种度量系统,一种以辐射通量密度来度量,单位为W/m2,另一种以光量子通量密度来度量,单位为μmol/(m2∙s),4.57为能量与光量子单位的转换系数[8]

2. 白天光合有效辐射观测数据中极小值应该大于连续阴天时光合有效辐射的观测结果。也就是说白天的光合有效辐射与大气层顶光合有效辐射的比值应该大于0.03。

3. 为了减少观测仪器的余弦效应对观测数据造成的影响,在数据质量控制过程中,对太阳高度角小于5°的数据予以剔除。

对经质量控制后的有效小时值求平均,即为光合有效辐射日均值。表1中最后一列为有效数据量的评估。

4 数据使用方法和建议

本数据集可用于我国气候资源评估、农业区划等领域,为我国生态系统碳收支模式的精确估算提供科学数据支持。此外,光合有效辐射还能为气候预测模式中辐射过程物理参数化方案的改进与完善提供基础支持。本数据集还将有效推动光合有效辐射在生态系统中碳、氮循环研究,为温室气体减排和环境外交提供科学数据支撑。本数据集由CERN综合中心数据资源服务网站(http://www.cnern.org.cn)提供数据服务,登录系统后可在数据资源栏目选择“数据论文数据”,进入相应页面进行数据下载。用户也可登录Science Data Bank(http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/326)查询相关信息。

致 谢

感谢CERN下属的40个野外台站的现场维护人员、数据管理人员以及台站负责人对观测系统运行与数据质量控制的辛苦付出,感谢中国科学院各个生态系统研究站的老师们对仪器的现场维护,感谢哀牢山站巩合德对数据的维护。

作者分工职责

刘慧(1989—),女,山西运城市人,博士研究生,研究方向为大气辐射与遥感。主要承担工作:数据集的整理和文档的撰写。

唐利琴(1992—),女,四川眉山市人,硕士研究生,研究方向为大气辐射。主要承担工作:文档的撰写。

胡波(1974—),男,云南曲靖人,博士,研究方向为大气辐射。主要承担工作:数据质量控制。

刘广仁(1950—),男,北京人,学士,研究方向为通信工程。主要承担工作:数据质量控制。

王跃思(1960—),男,北京人,博士,研究方向为大气化学。主要承担工作:观测网络设计。

此外,白帆、白永飞、包维楷、曹敏、陈欣、陈永福、陈云明、程一松、崔清国、邓云、丁维新、杜娟、杜明武、冯静、傅伟、傅心赣、高美荣、高新连、高艳红、高永平、关德新、官有军、郭永平、郭跃东、过龙根、韩建梅、韩军、韩晓增、何菲、何其华、何永涛、胡春胜、黄晖、黄振英、吉喜斌、姜峻、蒋正德、李国振、李宏刚、李猛、李向义、李小丽、李新荣、李玉霖、林静慧、林永标、刘明德、刘文杰、刘文兆、刘晓利、刘玉洪、刘允芬、刘振民、娄金勇、马健、孟泽、牛信信、欧阳竹、潘建平、乔田华、秦伯强、桑卫国、申卫军、沈彦俊、宋君霞、宋星宇、宋长春、孙波、孙聃、孙松、孙维、汪思龙、王扬、王安志、王根绪、王辉民、王可琴、王克林、王书伟、王友绍、王跃思、魏文学、温学发、武传胜、谢平、谢宗强、徐浩、徐文婷、颜绍馗、颜晓元、杨宏伟、尹春梅、曾凡江、张法伟、张倩媚、张秀永、张扬建、张一平、赵常明、赵成义、赵文智、赵学勇、赵永芳、郑立臣、周国逸、周庆华、周志琼、朱波、朱广伟、朱明亮、朱元骏等主要承担各站数据的监测和质量控制。

参考文献

[1] Miskolczi F, Aro T, Iziomon M, et al. Surface radiative fluxes in sub-Sahel Africa[J]. Journal of Applied Meteorology, 1997, 36(5): 521–530.

[2] Pinker R, Laszlo I. Global distribution of photosynthetically active radiation asobserved from satellites[J]. Journal of Climate, 1992, 5(1): 56–65.

[3] Liang S, Zhao X, Liu S, et al. Along-term Global Land Surface Satellite (GLASS) data-set for environmental studies[J]. International Journal of Digital Earth, 2013,6: 5–33.

[4] Dye D, Ryosuke S. Intercomparison of global PAR datasets[J]. Geophysical Research Letters, 1995, 22(15): 2013–2016.

[5] AugustineJ, DeluisiJ, LongC. SURFRAD-A national surface radiation budget network for atmospheric research[J]. Bulletin of theAmerican Meteorological Society, 2000, 81(10): 2341–2357.

[6] BaldocchiD, FalgeE, GuL, et al. FLUXNET: A new tool to study the temporal and spatial variability of ecosystem-scale carbon dioxide, water vapor, and energy flux densities[J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2001, 82(11): 2415–2434.

[7] Frouin R, Pinker R. Estimating photosynthetically active radiation (PAR) at the earth’s surface from satellite observations[J]. Remote Sensing of Environment, 1995, 51(1): 98–107.

[8] Dye D. Spectral composition and quanta-to-energy ratio of diffuse photosynthetically active radiation under diverse cloud conditions[J/OL]. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 2004, 109(D10203). DOI: 10.1029/2003JD004251.

引用数据

(1) 中国生态系统研究网络. 2005~2015年CERN光合有效辐射数据集[DB/OL]. Science Data Bank. DOI: 10.11922/sciencedb.326.

 

引文格式:刘慧, 唐利琴, 胡波, 等. 2005~2015年CERN光合有效辐射数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2017, 2(1): 1–10. DOI: 10.11922/csdata.170.2016.0100.

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