喬田華，宋長春*

1. 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長春 130102

2. 中國科學(xué)院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站，黑龍江洪河 152300

數(shù)據(jù)庫（集）基本信息簡介

數(shù)據(jù)庫（集）名稱 2009–2018年中國科學(xué)院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站氣象輻射數(shù)據(jù)集 數(shù)據(jù)作者 喬田華、宋長春 數(shù)據(jù)通信作者 宋長春（songcc@iga.ac.cn） 數(shù)據(jù)時間范圍 2009–2018年 地理區(qū)域 中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）三江沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站、三江國家野外科學(xué)觀測研究站（133o31′E，47o35′N），位于黑龍江省同江市洪河農(nóng)場。本數(shù)據(jù)集來自三江沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站的氣象觀測場。 數(shù)據(jù)量 102 KB 數(shù)據(jù)格式 *.xlsx 數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址 http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/866 http://sjm.cern.ac.cn/meta/metaData 基金項(xiàng)目 中國生態(tài)系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)野外臺站運(yùn)行服務(wù)費(fèi)；科技部國家野外科學(xué)觀測研究站運(yùn)行服務(wù)費(fèi)。 數(shù)據(jù)庫（集）組成 本數(shù)據(jù)集由14部分逐月氣象輻射數(shù)據(jù)表組成，分別為：氣溫，相對濕度，氣壓，降水，10 min平均風(fēng)速，地表溫度，土壤溫度（5 cm），土壤溫度（10 cm），土壤溫度（15 cm），土壤溫度（20 cm），土壤溫度（40 cm），土壤溫度（60 cm），土壤溫度（100 cm），太陽輻射。

引 言

氣候因子是濕地發(fā)育的主要驅(qū)動因子，是濕地形成、發(fā)育和產(chǎn)生不同特征差異的控制因素[1]。冬季凍結(jié)期漫長，夏秋季節(jié)多雨且蒸發(fā)量少，有利于水分的積聚，是該區(qū)沼澤濕地大面積發(fā)育的重要?dú)夂蛞蛩?。氣候變化能夠顯著影響濕地的水文情勢，誘發(fā)侵蝕并改變濕地沉積速率，導(dǎo)致濕地面積的變化，是濕地面積擴(kuò)張與萎縮的主要因素[2]。

中國科學(xué)院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站（簡稱三江站）以濕地生態(tài)系統(tǒng)及濕地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，1992 年成為中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)的基本站，2005 年進(jìn)入國家野外科學(xué)觀測研究站。三江站地處的三江平原位于黑龍江省東北部，是由黑龍江、松花江、烏蘇里江沖積形成的低平原，區(qū)域氣候?yàn)闇貛駶?、半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，1 月平均氣溫低于?18℃，7 月平均氣溫21–22℃，年均降水量500–600 mm，且主要集中在7–9 月，占全年降水量的60%[3]。三江平原是我國最大的淡水沼澤濕地集中分布區(qū)，是全球變化最為敏感的區(qū)域之一，在全球溫帶濕地生態(tài)系統(tǒng)中具有相當(dāng)?shù)牡湫托院痛硇?。作為中國重要的糧食生產(chǎn)基地和淡水濕地集中分布區(qū)，三江平原對于保障國家糧食安全和區(qū)域生態(tài)安全具有舉足輕重的地位[4]。近幾十年來，三江平原沼澤濕地經(jīng)歷多次大面積墾殖，濕地農(nóng)田化現(xiàn)象嚴(yán)重，自然濕地大面積喪失，并引發(fā)一系列區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題[5]。

針對三江平原地區(qū)長時間序列多要素氣象輻射數(shù)據(jù)發(fā)表較少的現(xiàn)狀，本數(shù)據(jù)集整理了三江站2009–2018 年多要素氣象輻射觀測月平均數(shù)據(jù)，以期為我國區(qū)域生態(tài)與環(huán)境安全提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

本數(shù)據(jù)集的構(gòu)建過程主要包括：原始觀測數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)報(bào)表處理、缺失數(shù)據(jù)插補(bǔ)、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與評估、數(shù)據(jù)上報(bào)與反饋、數(shù)據(jù)集的形成與入庫。

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要來自于三江站Vaisala（芬蘭）自動氣象觀測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集地為三江站氣象觀測場（47°35'14"N，133°31'12"E）。三江站按照中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）生態(tài)系統(tǒng)大氣環(huán)境觀測規(guī)范的觀測指標(biāo)和觀測分析方法要求，設(shè)立固定氣象觀測場，開展生態(tài)系統(tǒng)大氣環(huán)境長期觀測工作。三江站氣象觀測場面積25 m×25 m，海拔高差55 m，位于三江站常年積水區(qū)綜合觀測場和季節(jié)性積水區(qū)輔助觀測場的中間地帶，能很好地代表三江站沼澤濕地的氣象狀況。

1.2 數(shù)據(jù)采集方法

三江站氣象觀測遵循CERN《生態(tài)系統(tǒng)大氣環(huán)境觀測規(guī)范》[6]，按照統(tǒng)一的觀測管理規(guī)范運(yùn)作。每日北京時間00:00 時在自動氣象觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器中生成日數(shù)據(jù)文件，文件以年月日6 位數(shù)碼加.log 命名（例如，130526.log 表示2013 年5 月26 的文件），每小時整點(diǎn)時刻在日數(shù)據(jù)文件中存儲氣象數(shù)據(jù)一組（組名：CMA_LOG）和輻射數(shù)據(jù)一組（組名：CMA_RAD）。Vaisala 公司按照CERN大氣分中心數(shù)據(jù)格式要求提供自動氣象站運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與通信等。通過數(shù)據(jù)通訊線纜連接自動氣象站與三江站室內(nèi)電腦，利用氣象站軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時查看與日數(shù)據(jù)文件的下載采集功能。氣象輻射數(shù)據(jù)的采集方法具體采集方法見表1。

表1 氣象輻射數(shù)據(jù)具體采集方法

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

自動氣象站數(shù)據(jù)處理主要依靠大氣分中心下發(fā)的報(bào)表處理程序，按月份處理采集得到的觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)行異常數(shù)據(jù)檢查修正、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和規(guī)范報(bào)表制作。

1.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

運(yùn)行報(bào)表處理程序，點(diǎn)擊生成自動站報(bào)表M，程序?qū)Ξ?dāng)月數(shù)據(jù)進(jìn)行初步檢查，報(bào)表日志內(nèi)會提示哪些文件的數(shù)據(jù)存在異?；騺y碼。根據(jù)日志內(nèi)容，打開對應(yīng)數(shù)據(jù)文件檢查原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行手工修正或剔除。

1.3.2 制作數(shù)據(jù)報(bào)表

把經(jīng)過質(zhì)量控制后的觀測數(shù)據(jù)，按照自動氣象站數(shù)據(jù)采集器的各要素觀測順序，分別制成氣象數(shù)據(jù)報(bào)表和輻射數(shù)據(jù)報(bào)表，稱為自動站報(bào)表（M），簡稱M 報(bào)表。在M 報(bào)表中進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)和輻射數(shù)據(jù)的質(zhì)量審核和日統(tǒng)計(jì)處理工作。把審核處理完成的M 報(bào)表轉(zhuǎn)換成“規(guī)范氣象數(shù)據(jù)報(bào)表（A）”，簡稱為A 報(bào)表。在A 報(bào)表中手工錄入氣象人工觀測數(shù)據(jù)后，進(jìn)行旬和月的各氣象輻射要素統(tǒng)計(jì)處理工作，最后形成符合觀測規(guī)范要求的A 報(bào)表。經(jīng)臺站初步質(zhì)控和審核后，提交至CERN 大氣分中心。大氣分中心進(jìn)行質(zhì)控和二次審核后，反饋給臺站并上交至CERN 綜合研究中心[7]，完成各氣象輻射要素?cái)?shù)據(jù)集的入庫工作。報(bào)表的處理流程見圖1。

圖1 報(bào)表處理流程圖

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本數(shù)據(jù)集由14 個逐月氣象輻射要素的表單組成，每個表單對應(yīng)一個逐月觀測要素，生態(tài)站代碼為SJM，代表中國科學(xué)院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站。以2013 年三江站自動氣象站逐月氣溫為例描述數(shù)據(jù)的組織方式（表2）。

表2 三江站自動氣象站逐月氣溫（℃）

表中2013 年2 月“-”代表數(shù)據(jù)缺測，由于2013 年2 月10 日至19 日氣象觀測場供電線路故障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺測天數(shù)較多，數(shù)據(jù)處理報(bào)表程序無法統(tǒng)計(jì)月平均值。對于缺測的氣溫?cái)?shù)據(jù)，使用人工定時觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)日平均、日最大值、日最小值氣溫，并計(jì)算其月平均值，修正后的數(shù)據(jù)已在數(shù)據(jù)集內(nèi)更新。圖2 為三江站2009–2018 年氣溫日平均值、日最大值和日最小值月均值的長期變化趨勢。

圖2 三江站2009–2018 年氣溫日均值、日最大值和日最小值月均值的長期變化

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

為獲取高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)，避免和減少出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺測和記錄異常的現(xiàn)象，保證觀測記錄的完整性和準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行多方面的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，以便滿足生態(tài)系統(tǒng)研究的需要。

3.1 傳感器維護(hù)

自動氣象站主要依靠各傳感器采集觀測數(shù)據(jù)，因此傳感器的日常維護(hù)是獲取高質(zhì)量氣象觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。維護(hù)項(xiàng)目主要包括：氣壓傳感器、溫濕度傳感器、風(fēng)向和風(fēng)速傳感器、地表溫度和土壤溫度傳感器、土壤熱通量、日照計(jì)、翻斗雨量計(jì)以及輻射傳感器等。

3.2 實(shí)時數(shù)據(jù)檢查

通過數(shù)據(jù)通信線纜將觀測場自動氣象站與室內(nèi)計(jì)算機(jī)相連接，氣象站軟件界面將顯示自動氣象站的實(shí)時分鐘數(shù)據(jù)和正點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)。通過設(shè)置氣象站運(yùn)行審核參數(shù)，對于超出設(shè)定范圍的實(shí)時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會彈出報(bào)警提示，以便及時發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行處理。另外，還要進(jìn)行人工檢查實(shí)時數(shù)據(jù)，查看各觀測要素是否符合日、月、年的變化規(guī)律，以保證觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

在制作氣象數(shù)據(jù)報(bào)表時，需要?dú)庀蠊芾韱T依據(jù)本站的地理位置和歷史數(shù)據(jù)，在報(bào)表處理程序中輸入各觀測要素的檢驗(yàn)條件參數(shù)，利用報(bào)表處理程序?qū)υ聢?bào)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動檢驗(yàn)，完成對數(shù)據(jù)文件的錯誤檢查。對于數(shù)據(jù)文件的亂碼、日期時間記錄錯誤、某個氣象要素?zé)o記錄等情況，需要手工修正、剔除或插補(bǔ)。生成M 報(bào)表是報(bào)表制作的關(guān)鍵過程，自動站觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制、檢查以及處理的方法技術(shù)都是在這個過程中完成。上報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)表前，進(jìn)行站級數(shù)據(jù)審核，按要求填寫數(shù)據(jù)質(zhì)量信息報(bào)表。將觀測數(shù)據(jù)和規(guī)范報(bào)表上報(bào)CERN 大氣分中心后，大氣分中心其會對觀測報(bào)表進(jìn)行再次審核，然后提交綜合中心并反饋給臺站完成數(shù)據(jù)入庫工作。氣象數(shù)據(jù)具體質(zhì)量控制和評估方法見表3。

表3 氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估方法

觀測指標(biāo) 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估方法 太陽輻射 （1）小時總輻射量大于等于小時凈輻射、反射輻射和紫外輻射；除陰天、雨天和雪天外，總輻射一般在中午前后出現(xiàn)極大值。（2）輻射曝輻量缺測數(shù)小時但不是全天缺測時，按實(shí)有記錄做日合計(jì)；全天缺測時，不做日合計(jì)。

3.4 數(shù)據(jù)缺失情況

由于自動氣象站內(nèi)部程序存在偶然跑飛的現(xiàn)象，出現(xiàn)部分觀測數(shù)據(jù)日期時間記錄錯誤或亂碼的情況，導(dǎo)致部分或整小時的氣象輻射數(shù)據(jù)缺失；溫濕度傳感器等傳感器也存在偶發(fā)故障，發(fā)生部分溫度、最高溫度、最低溫度和濕度等無記錄的情況；供電線路出現(xiàn)故障，也會導(dǎo)致缺失部分觀測數(shù)據(jù)。雖然儀器運(yùn)行過程中，難免會出現(xiàn)各種問題，但在三江站監(jiān)測人員的努力下，氣象觀測數(shù)據(jù)的完整率仍在99.5%以上。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

本數(shù)據(jù)集的觀測數(shù)據(jù)嚴(yán)格遵循CERN 生態(tài)系統(tǒng)大氣環(huán)境觀測規(guī)范，經(jīng)過試驗(yàn)站初級質(zhì)量控制和大氣分中心二次質(zhì)量審核后，保證觀測數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，且與其他CERN 野外臺站氣象數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，具有良好的可比性。

濕地是一種廣泛分布的綜合自然體，氣候變化對區(qū)域沼澤濕地面積的消長具有直接的驅(qū)動作用。但是，高強(qiáng)度的人類活動，尤其是大規(guī)模的沼澤農(nóng)業(yè)開墾是造成三江平原沼澤減少的主要原因。本數(shù)據(jù)集可為深入研究濕地氣候變化、濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性維護(hù)機(jī)制及三江平原天然沼澤濕地的保護(hù)與恢復(fù)等提供數(shù)據(jù)支撐，對于保障國家糧食安全和區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義。本數(shù)據(jù)集由三江站資源服務(wù)網(wǎng)站（http://sjm.cern.ac.cn）提供數(shù)據(jù)服務(wù)，登錄系統(tǒng)后在資源服務(wù)欄目下選擇“數(shù)據(jù)服務(wù)”，仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)使用協(xié)議，在線申請所需的氣象輻射數(shù)據(jù)。

致 謝

感謝CERN 大氣分中心的劉廣仁、胡波老師在傳感器標(biāo)定和終端數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方面的貢獻(xiàn)；感謝中國科學(xué)院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站全體工作人員在儀器維護(hù)與數(shù)據(jù)處理工作中的辛苦付出。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

喬田華（1981—），男，山東聊城人，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境與氣候變化。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集處理、質(zhì)量控制、儀器維護(hù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)入庫。

宋長春（1968—），男，河南駐馬店人，博士，研究員，研究方向?yàn)闈竦靥佳h(huán)的生物地球化學(xué)過程和退化濕地生態(tài)恢復(fù)機(jī)理。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)質(zhì)量評估。