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1957–2018年海南尖峰岭热带半落叶季雨林气象数据月动态数据集
Monthly dynamic meteorological dataset of tropical semi- deciduous monsoon rain forest in Jianfengling, Hainan Province (1957–2018)
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: 2020 - 12 - 31
: 2021 - 03 - 09
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摘要&关键词
摘要:世界热带森林复杂多样,热带森林生态系统是对气候变化的响应与适应研究中难度最大和了解最不透彻的陆地生态系统之一。海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站(简称“尖峰岭生态站”)是我国地理上分布最南端、最早开始森林生态系统研究的森林生态系统类型定位研究站。本文将尖峰岭生态站热带半落叶季雨林区内气象观测场1957–2018年共62年间连续采集的气温、水汽压、相对湿度、降水量、蒸发量、平均风速、日照等原始数据,经过数据处理、质量控制和评估,以月为尺度公开,以期为全球气候变化背景下热带森林生态系统结构与功能的动态变化、响应与适应研究,以及热带森林资源的可持续经营、管理与利用,生态系统的保护等方面提供气象数据基础支撑。
关键词:热带半落叶季雨林;全球气候变化;森林生态系统;气象数据;长期动态
Abstract & Keywords
Abstract: Due to the complexity and diversity of tropical forests in the world, tropical forest ecosystem is one of the most difficult and poorly understood terrestrial ecosystems in the research of response and adaptation to climate change. Jianfengling Ecological Station is the southernmost geographically distributed forest ecosystem research station in our country and the earliest forest ecosystem type positioning research station. This paper uses the original data of temperature, water vapor pressure, relative humidity, precipitation, evaporation, average wind speed, sunshine and other data collected by the meteorological observation field in the tropical semi-deciduous monsoon rain forest area of the Jianfengling Ecological Station. After data processing, quality control and evaluation, the continuous monthly meteorological dataset for 62 years from 1957 to 2018 was made public on a monthly scale, in order to provide meteorological data foundation support for the dynamic changes, response and adaptation of the structure and function of tropical forest ecosystems under the background of global meteorological changes, the sustainable management and utilization of tropical forest resources and protection of the ecosystem.
Keywords: tropical semi-deciduous monsoon rainforest; global climate change; forest ecosystem; meteorological data; long-term dynamics
数据库(集)基本信息简介
数据库(集)名称1957–2018海南尖峰岭热带半落叶季雨林气象数据月动态数据集
数据作者王璐颖,张春生,林明献,周璋,李意德,陈德祥
数据通信作者陈德祥(dchen@caf.ac.cn);张春生(bdhzcs@163.com)
数据时间范围1957–2018年
地理区域尖峰岭国家重点野外科学观测研究站(108°47′17.72″E,18°41′55.54″N),位于海南省乐东县。
数据量64.2 KB
数据格式*.xlsx
数据服务系统网址http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00201
基金项目国家自然科学基金项目(41773071、41171040);国家科技部、国家林业和草原局海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站运行服务项目 。
数据库(集)组成数据集由1个数据文件组成,数据量744条记录,包含气温、水汽压、相对湿度、降水量、蒸发量、平均风速、日照等气象因子的月监测数据。
Dataset Profile
TitleMonthly Dynamic meteorological dataset of tropical semi-deciduous monsoon rain forest in Jianfengling, Hainan Province (1957–2018)
Data corresponding authorWang Luying, Zhang Chunsheng, Lin Mingxian, Zhou Zhang, Li Yide, Chen Dexiang
Data authorsChen Dexiang (dchen@caf.ac.cn); Zhang Chunsheng (bdhzcs@163.com)
Time authors1957–2018
Geographical scopeJianfengling National Key Field Scientific Observation and Research Station(108°47′17.72″E,18°41′55.54″N),located in Ledong Town, Hainan Province.
Data volume64.2 KB
Data format*.xlsx
Data service system<http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00201>
Sources of fundingNational Science Foundation of China (41773071, 41171040); Operation Service Project of Hainan Jianfengling Forest Ecosystem National Field Science Observation and Research Positioning Research Station by Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China and National Forestry and Grassland Administration.
Dataset compositionThe dataset consists of one data file comprised of 744 entries: monthly monitoring data of air temperature, vapor pressure, relative humidity, precipitation capacity, evaporation capacity, mean wind speed and sunshine duration.
引 言
热带森林占地球表面7%,拥有全球50%的物种和70%左右的树种[1]。热带森林储存有全球生物量碳的40%,每年通过光合作用吸收的碳相当于人类通过化石燃料释放的空气碳的6倍[2]。它的存在和消长对于维护全球碳平衡和减缓温室气体增温上具有重大的意义。气候变化对于热带森林的生长动态、生物多样性、森林组成与结构和碳储量变化等方面都产生了一系列的生态影响[3,4,5,6],因此热带森林的长周期气候特征研究尤为重要。
全球变化尤其气候变暖对人类生存环境的影响受到国际社会的普遍关注。全球变暖导致极端气候事件发生的频率和强度都大大增加,对各类自然系统、农业生产、国民经济和人类的生存发展等诸多方面都产生了较大的影响[7]。评价不同气候事件对自然生态系统的长期影响并预测各种影响的未来变化趋势非常重要,且依赖长时间序列的气象数据。因此,长时间序列的气象变化趋势和周期特征分析对于生态环境监测、全球变化研究等相关领域的研究和应用方面具有重要意义。
尖峰岭位于海南省西南部乐东黎族自治县和东方市交界处(18°20′N–18°57′N,108°41′E–109°12′E),是我国热带森林的典型代表,也是热带亚洲雨林区的北缘类型,具有复杂而特殊的雨林结构,是我国生物多样性保护的热点地区之一。尖峰岭站1986年建站,1999年获科技部批准成为国家级野外台站。作为我国最南端、最为典型的热带森林生态系统生态监测和研究平台,生态站采用一站多点布局,主要开展热带森林生态系统结构与功能变化的数据采集和监测研究工作,探索并揭示热带森林生态系统的组成、结构、功能变化及其对气候变化的响应与适应机理。本数据集整理了1957–2018年尖峰岭热带半落叶季雨林区内气象观测场的各类观测数据,包括光能因子(月日照时数)、热量因子(月平均气温、月平均最高最低气温、月极端最高最低气温)、水分因子(月降水量、月蒸发量、月平均相对湿度和月平均水汽压)以及月平均风速等气候因子月数据的动态变化。本数据集通过长期观测和资料的积累,对于长年代气象研究具有直接意义,为全球气候变化对热带森林影响机制、森林可持续经营动态分析、热带森林植被恢复发展、热带原始林保护示范等方面的研究提供数据支撑。
1   数据采集和处理方法
1.1   数据采集样地描述
本文资料来自于海南岛尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测试验站热带半落叶季雨林区内气象观测场1957–2005年的地面常规气象资料。气象观测场位于中国林业科学研究院热带林业研究所海南尖峰岭试验站内,海拔75 m,土壤为砖黄壤性土。观测场按国家基本气象站标准设计:南北和东西边长35 m×25 m,均质草皮地面,四周20 m距离内天然林保持约2 m,四周为大范围的热带半落叶季雨林(天然次生林)。
1.2   数据来源
本数据集主要出版尖峰岭站热带半落叶季雨林区内地面气象站1957–2018年气象因子的月数据,数据来源于人工气象观测站(1957–2008年)和DYNAMET系列地面气象自动观测系统(2008年以后)每日采集的气象监测数据。生态站工作人员根据气象数据处理规范和标准,应用各类数据处理程序对原始观测数据进行整理和分析,最终编制出符合规范的报表文件,并完成数据质量审核和部分统计处理工作。其中数据质量审核环节主要对每月数据文件中的日观测数据进行再次确认或修正,审核完成后即可将数据报表转换成规范气象数据报表,并在在气象报表中手工录入人工观测的相关观测要素数据,再进行旬、月的各要素统计处理,最后报表完成并达到观测规范的要求,工作人员就可以将符合规范的报表上报综合中心数据库,完成观测数据最后的处理与审核。
1.3   观测仪器设施和数据采集精度
具体数据产品处理方法见表1:空气气温、相对湿度、气压、风速观测指标某一定时数据缺测时,用前、后两定时数据内插求得,按正常数据统计;若连续两个或以上定时数据缺测时,不能内插,仍按缺测处理。一日中若24次定时观测记录有缺测时,该日按02∶00、08∶00、14∶00、20∶00共4次定时记录求算日平均值。若4 次定时记录缺测一次或以上,但该日各定时记录缺测5次或以下时,按实有记录作日统计;缺测6次或以上时,不求算日平均值。用质控后的日均值合计值除以对应日数获得月平均值,日极值合计值除以对应日数获得月极值平均值。月极大值、月极小值来源于月报表每日定时数据统计。
表1   原始数据采集和处理方法
观测指标观测设备观测层次数据单位小数位数原始数据采集精度
气温HMP45C温度传感器距地面1.5 m 防辐射罩内1每10 s采测1次,每分钟共采测6次,去除一个最大值和一个最小值后取平均值,作为每分钟的观测值存储。
水汽压CS106距地面小于1 mhPa1
相对湿度HMP45C湿度传感器距地面1.5 m 防辐射罩内%1
降水TE525MM雨量计距地面70 cmmm1人工观测每天8:00和20:00前12小时的累积降水量。自动观测仪器自动累计全天雨量
风速RM Young传感器5 m风杆m/s1每秒采测1次风速数据,以1 s为步长求3 s滑动平均值,以3 s为步长求1 min滑动平均风速,然后以1 min为步长求10 min滑动平均风速。正点时存储00 min的10 min平均风速值。
2   数据样本描述
2.1   数据库结构
表2   数据库结构说明
序号字段名称量纲数据类型
1年份字符型
2月份字符型
3月平均温度数值型
4月平均最高温度数值型
5月平均最低温度数值型
6月最低极值温度数值型
7月最高极值温度数值型
8月平均水汽压hPa数值型
9月平均相对湿度%数值型
10月降雨量mm数值型
11月蒸发量mm数值型
12月平均风速m/s数值型
13月日照时数h数值型
2.2   数据缺失情况
传感器、采集器、传输通道故障等原因会导致数据缺失问题,数据缺失达到一定量时则不适宜求算相应月统计值。针对此类情况,数据表中已用“—”表示。由于海南出现台风等的极端气候事件频率相对较高,导致仪器损坏情况时有发生,仪器替换期间会导致部分数据缺失情况出现。
3   数据质量控制和评估
前期准备尖峰岭站对数据观测和采集人员参加科技部和国家林业局的年度培训,依据各类标准和规范,结合本站实际情况,严格对照气象数据的标准规范程序进行操作,培训和考核合格后方可进行各项数据的观测和采集。对于野外观测设施和设备,每月进行一次定期维护,每年进行一次野外观测设备的标定和校准。
所有数据采集原始记录纸质文件进行分类归档和长期保存,并将纸质文件进行电子化扫描,实施数字化存档管理。人工观测和采样数据入库前由专业科研人员根据各类数据标准和规范严格进行数据质量控制,由专人录入数据管理系统,数据录入系统后保证由1名数据管理人员对原始数据进行核对,确认无误后由数据管理系统保存。
本气象数据集数据管理主要包含气象监测管理和数据库管理两部分,气象监测管理主要对传感器和线路进行检查和维护,包括传感器灵敏度检查、擦拭清洁、仪器设施维修等;数据库管理则是对原始观测数据进行保存和备份、整理分析并统计。原始数据由于野外设施设备的老化和极端气候事件干扰导致的损坏、供电系统质量出问题等,易造成数据存储错误和数据丢失等现象。工作人员依照当地不同季节各观测要素的历史数据和理论计算值为参考输入相应的检验参数,程序在生成数据报表过程中会根据检验参数大小标红超出阈值的数据,同时产生检查结果日志报告文件,工作人员即可对照日志报告及时修正原始观测数据的错误。如果是数据相邻时次差过大,可能是传感器损坏的指示信号,工作人员能尽早发现仪器故障问题并维修。温度指标的具体质量控制和评估方法如表3所示。
表3   本数据集主要观测指标数据质量控制和评估方法
观测指标数据质量控制和评估方法
空气温度(1)将超出本区域气候学界限值域−10~60℃的数据划分为错误数据。(2)1 min内允许的最大变化值为2℃。(3)24小时气温变化范围均小于20℃。(4)利用与台站下垫面及周围环境相似的一个或多个邻近站的气温数据计算本台站气温值,比较台站观测值和计算值,如果超出阈值即认为观测数据可疑。
水汽压(1)超出气候学界限值域 300~1100 hPa 的数据划分为错误数据。(2)所观测的气压不小于日最低气压且不大于日最高气压,本站海拔高度大于 0 m,台站气压应小于海平面气压。(3)24 小时变压的绝对值小于50 hPa。
相对湿度(1)相对湿度介于0~100%之间。(2)定时相对湿度大于等于日最小相对湿度。(3)干球温度大于等于湿球温度。
降水(1)降雨强度不应超出气候学界限值域0~400 mm/min。(2)降水量大于0.0 mm或者微量时,应有降水天气现象。
4   数据价值
本数据集汇集了尖峰实验站1957–2018年62年的气象因子月动态数据,数据连续性强,可靠性高、实用性强。可用于开展热带地区热带半落叶季雨林区气候变化特征等相关研究。同时也可为全球气候变化背景下热带森林生态系统结构与功能的动态变化、响应与适应研究,以及热带森林资源的可持续经营、管理与利用,生态系统的保护等方面提供气象数据基础支撑。
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数据引用格式
王璐颖, 张春生, 林明献, 等. 1957–2018年海南尖峰岭热带半落叶季雨林气象数据月动态数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2020. (2021-03-09). DOI: http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00201.
稿件与作者信息
论文引用格式
王璐颖, 张春生, 林明献, 等. 1957–2018年海南尖峰岭热带半落叶季雨林气象数据月动态数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2021. (2021-03-09). DOI: 10.11922/csdata.2021.0001.zh.
王璐颖
Wang Luying
主要承担工作:数据分析和论文撰写。
(1997—),女,河南周口人,硕士研究生,研究方向为热带森林碳循环。
张春生
Zhang Chunsheng
主要承担工作:数据采集、质量控制、项目组织与管理、论文撰写。
bdhzcs@163.com
(1969—),男,河北青河人,研究方向为森林经营与管理。
林明献
Lin Mingxian
主要承担工作:数据采集、数据前期处理。
(1962—),男,海南文昌人,工程师,研究方向为森林气象学。
周璋
Zhou Zhang
主要承担工作:数据采集、数据前期处理、质量控制。
(1983—),男,湖南衡阳人,副研究员,研究方向为全球变化与森林碳氮循环。
李意德
Li Yide
主要承担工作:数据采集、质量控制。
(1961—),男,湖南湘潭人,研究员,研究方向为植被生态学。
陈德祥
Chen Dexiang
主要承担工作:数据采集、数据前期处理、质量控制、项目组织与管理、论文撰写。
dchen@caf.ac.cn
(1975—),男,江西安远人,研究员,研究方向为全球变化与森林碳氮循环。
出版历史
I区发布时间:2021年3月9日 ( 版本ZH2
II区出版时间:2021年6月28日 ( 版本ZH3
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中国科学数据
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