王璐穎，張春生，林明獻(xiàn)，周璋,，李意德，陳德祥,*

1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所，海南尖峰嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，廣州 510520

2.南京林業(yè)大學(xué)，南京 210037

3.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所試驗(yàn)站，海南樂東 572542

引 言

熱帶森林面積不足地球表面積的10%，儲(chǔ)存了地球 40%左右的生物量碳，擁有全球約50%的物種和80%左右的樹種[1]，年碳交換量達(dá)到400 億噸，生物量和土壤中儲(chǔ)存的碳庫高達(dá)4600 億噸，超過大氣總碳庫的二分之一[2]。熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化對(duì)于維持全球碳平衡和減緩溫室氣體增加具有重大意義[3]。氣候變化對(duì)于熱帶森林的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、生物多樣性、森林組成與結(jié)構(gòu)和碳儲(chǔ)量變化等方面都產(chǎn)生了一系列的生態(tài)影響[4-7]，因此熱帶森林的長(zhǎng)周期氣候特征研究尤為重要。

全球變化尤其氣候變暖對(duì)人類生存環(huán)境的影響受到國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注。全球變暖導(dǎo)致極端氣候事件發(fā)生的頻率和強(qiáng)度都大大增加，對(duì)各類自然系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類的生存發(fā)展等諸多方面都產(chǎn)生了較大的影響[8]。評(píng)價(jià)不同氣候事件對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期影響并預(yù)測(cè)各種影響的未來變化趨勢(shì)非常重要，且依賴長(zhǎng)時(shí)間序列的氣象數(shù)據(jù)。因此，長(zhǎng)時(shí)間序列的氣象變化趨勢(shì)和周期特征分析對(duì)于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、全球變化研究等相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用方面具有重要意義。

尖峰嶺位于海南省西南部樂東黎族自治縣和東方市交界處（18°20′N-18°57′N，108°41′E-109°12′E），是我國(guó)熱帶森林的典型代表，也是熱帶亞洲雨林區(qū)的北緣類型，具有復(fù)雜而特殊的雨林結(jié)構(gòu)，是我國(guó)生物多樣性保護(hù)的熱點(diǎn)地區(qū)之一。尖峰嶺站1986 年建站，1999 年獲科技部批準(zhǔn)成為國(guó)家級(jí)野外臺(tái)站。作為我國(guó)最南端、最為典型的熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)監(jiān)測(cè)和研究平臺(tái)，生態(tài)站采用一站多點(diǎn)布局，主要開展熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能變化的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)研究工作，探索并揭示熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、功能變化及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)理。本數(shù)據(jù)集整理了1957-2018 年尖峰嶺熱帶半落葉季雨林區(qū)內(nèi)氣象觀測(cè)場(chǎng)的各類觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括氣溫、水汽壓、相對(duì)濕度、降水量、蒸發(fā)量、平均風(fēng)速、日照等氣象因子的月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。本數(shù)據(jù)集通過長(zhǎng)期觀測(cè)和資料的積累，對(duì)于長(zhǎng)年代氣象研究具有直接意義，為全球氣候變化對(duì)熱帶森林影響機(jī)制、森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)動(dòng)態(tài)分析、熱帶森林植被恢復(fù)發(fā)展、熱帶原始林保護(hù)示范等方面的研究提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)采集樣地描述

本文資料來自于海南島尖峰嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站熱帶半落葉季雨林區(qū)內(nèi)氣象觀測(cè)場(chǎng)1957-2018 年的地面常規(guī)氣象資料。氣象觀測(cè)場(chǎng)設(shè)置在中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所海南尖峰嶺試驗(yàn)站內(nèi)，地理位置為18°44′18.3′′N、108°51′57.3′′E，海拔為75 m，土壤為磚黃壤性土。觀測(cè)場(chǎng)的設(shè)計(jì)和建造嚴(yán)格按照國(guó)家氣象站的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：南北邊長(zhǎng)35 m，東西邊長(zhǎng)25 m，均質(zhì)草皮地面，四周為大范圍的熱帶半落葉季雨林天然次生林，20 m 距離內(nèi)的天然林保持在2 m 左右。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本數(shù)據(jù)集主要出版尖峰嶺站熱帶半落葉季雨林區(qū)內(nèi)地面氣象站1957-2018 年氣象因子的月數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于人工氣象觀測(cè)站（1957-2008 年）和DYNAMET 系列地面氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)（2008 年以后）每日采集的氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。生態(tài)站工作人員根據(jù)氣象數(shù)據(jù)處理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，通過數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析、質(zhì)量審核，最終形成符合觀測(cè)規(guī)范的報(bào)表文件。其中數(shù)據(jù)質(zhì)量審核環(huán)節(jié)主要對(duì)每月數(shù)據(jù)文件中的日觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行再次確認(rèn)或修正，審核完成后即可將數(shù)據(jù)報(bào)表轉(zhuǎn)換成規(guī)范氣象數(shù)據(jù)報(bào)表，并在氣象報(bào)表中手工錄入人工觀測(cè)的相關(guān)觀測(cè)要素?cái)?shù)據(jù)，最后報(bào)表完成并達(dá)到觀測(cè)規(guī)范的要求，工作人員就可以將符合規(guī)范的報(bào)表上報(bào)綜合中心數(shù)據(jù)庫，完成觀測(cè)數(shù)據(jù)最后的處理與審核。

1.3 觀測(cè)儀器設(shè)施和數(shù)據(jù)采集精度

具體數(shù)據(jù)產(chǎn)品處理方法見表1?？諝鈿鉁?、相對(duì)濕度、氣壓、風(fēng)速觀測(cè)指標(biāo)中如果某一定時(shí)數(shù)據(jù)缺失，可以按正常數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用前、后兩次定時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插獲得該值；如果連續(xù)兩個(gè)或以上定時(shí)數(shù)據(jù)缺失時(shí)，不能使用上述方法，應(yīng)按照缺測(cè)情況處理。用質(zhì)控后的日均值合計(jì)值除以對(duì)應(yīng)日數(shù)獲得月平均值，日極值合計(jì)值除以對(duì)應(yīng)日數(shù)獲得月極值平均值。月極大值、月極小值來源于月報(bào)表每日定時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

2.1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，形成本數(shù)據(jù)集，命名為：1957-2018 年海南尖峰嶺熱帶半落葉季雨林氣象數(shù)據(jù)月動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集.xlsx。文件包含13 個(gè)字段，分為年、月、溫度因子、水分因子以及風(fēng)速和日照時(shí)長(zhǎng)。具體的字段及示例如表2 所示。

表2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)說明

序號(hào) 字段名稱 量綱 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)有效性占比（%）5 月平均最低溫度 ℃ 數(shù)值型 88.44 6 月最低極值溫度 ℃ 數(shù)值型 88.44 7 月最高極值溫度 ℃ 數(shù)值型 88.58 8 月平均水汽壓 hPa 數(shù)值型 88.84 9 月平均相對(duì)濕度 % 數(shù)值型 81.05 10 月降雨量 mm 數(shù)值型 75.40 11 月蒸發(fā)量 mm 數(shù)值型 81.72 12 月平均風(fēng)速 m/s 數(shù)值型 89.11 13 月日照時(shí)數(shù) h 數(shù)值型 88.44

2.2 數(shù)據(jù)缺失情況

傳感器、采集器、傳輸通道故障等原因會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失問題，數(shù)據(jù)缺失達(dá)到一定量時(shí)則不適宜求算相應(yīng)月統(tǒng)計(jì)值。針對(duì)此類情況，數(shù)據(jù)表中已用“—”表示。由于海南出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)等的極端氣候事件頻率相對(duì)較高，導(dǎo)致儀器損壞情況時(shí)有發(fā)生，儀器替換期間會(huì)導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失情況出現(xiàn)。以上原因?qū)е?010-2014 年期間的數(shù)據(jù)缺失。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

前期準(zhǔn)備尖峰嶺站對(duì)數(shù)據(jù)觀測(cè)和采集人員參加科技部和國(guó)家林業(yè)局的年度培訓(xùn)，依據(jù)各類標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合本站實(shí)際情況，嚴(yán)格對(duì)照氣象數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范程序進(jìn)行操作，培訓(xùn)和考核合格后方可進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的觀測(cè)和采集。對(duì)于野外觀測(cè)設(shè)施和設(shè)備，每月進(jìn)行一次定期維護(hù)，每年進(jìn)行一次野外觀測(cè)設(shè)備的標(biāo)定和校準(zhǔn)。各要素傳感器的標(biāo)定方法見表3。

表3 各傳感器的標(biāo)定方法

傳感器 標(biāo)定方法口中，記錄采集到的雨量值，每個(gè)降水強(qiáng)度重復(fù)進(jìn)行3次校準(zhǔn)，把3次校準(zhǔn)所得的顯示值進(jìn)行平均，所得的平均值減去標(biāo)準(zhǔn)值，即為該降水強(qiáng)度的測(cè)量誤差值。2次測(cè)量誤差值的最大值作為降雨的校準(zhǔn)結(jié)果。風(fēng)速把被校風(fēng)速傳感器與風(fēng)速校驗(yàn)器用軟管進(jìn)行連接，調(diào)整風(fēng)速校驗(yàn)器依次得到2、5、10、20和40 m/s五個(gè)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，穩(wěn)定2分鐘，讀取風(fēng)速校驗(yàn)器和被校風(fēng)速傳感器的顯示值，計(jì)算出被校風(fēng)速傳感器的線性回歸方程(V=a+bv)，用線性誤差回歸方程△V=a+(1-bv')作為校準(zhǔn)結(jié)果。

所有數(shù)據(jù)采集原始記錄紙質(zhì)文件進(jìn)行分類歸檔和長(zhǎng)期保存，并將紙質(zhì)文件進(jìn)行電子化掃描，實(shí)施數(shù)字化存檔管理。人工觀測(cè)和采樣數(shù)據(jù)入庫前由專業(yè)科研人員根據(jù)各類數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范嚴(yán)格進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，由專人錄入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)后保證由1 名數(shù)據(jù)管理人員對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，確認(rèn)無誤后由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)保存。

本氣象數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)管理主要包含氣象監(jiān)測(cè)管理和數(shù)據(jù)庫管理兩部分，氣象監(jiān)測(cè)管理主要對(duì)傳感器和線路進(jìn)行檢查和維護(hù)，包括傳感器靈敏度檢查、擦拭清潔、儀器設(shè)施維修等；數(shù)據(jù)庫管理則是對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和備份、整理分析并統(tǒng)計(jì)。原始數(shù)據(jù)由于野外設(shè)施設(shè)備的老化和極端氣候事件干擾導(dǎo)致的損壞、供電系統(tǒng)質(zhì)量出問題等，易造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。工作人員依照當(dāng)?shù)夭煌竟?jié)各觀測(cè)要素的歷史數(shù)據(jù)和理論計(jì)算值為參考輸入相應(yīng)的檢驗(yàn)參數(shù)，程序在生成數(shù)據(jù)報(bào)表過程中會(huì)根據(jù)檢驗(yàn)參數(shù)大小標(biāo)紅超出閾值的數(shù)據(jù)，同時(shí)產(chǎn)生檢查結(jié)果日志報(bào)告文件，工作人員即可對(duì)照日志報(bào)告及時(shí)修正原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。如果是數(shù)據(jù)相鄰時(shí)次差過大，可能是傳感器損壞的指示信號(hào)，工作人員能盡早發(fā)現(xiàn)儀器故障問題并維修。溫度指標(biāo)的具體質(zhì)量控制和評(píng)估方法[9]如表4 所示。

表4 本數(shù)據(jù)集主要觀測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估方法

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

本數(shù)據(jù)集匯集了尖峰實(shí)驗(yàn)站1957-2018 年共62 年的氣象因子月動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)連續(xù)性強(qiáng)，可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)。尖峰嶺地區(qū)雨熱同期，旱雨季分明，80%-90%雨量集中在5-10 月份，8、9 月份最多。該地區(qū)的長(zhǎng)期氣象數(shù)據(jù)可以反映該地區(qū)氣候的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)變化，對(duì)研究季節(jié)性干旱對(duì)生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵過程的影響以及生態(tài)系統(tǒng)各組分在旱雨季間的動(dòng)態(tài)變化有極大利用價(jià)值，也可用于開展熱帶地區(qū)熱帶半落葉季雨林區(qū)氣候變化特征等相關(guān)研究。同時(shí)也可為全球氣候變化背景下熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的動(dòng)態(tài)變化、響應(yīng)與適應(yīng)研究，以及熱帶森林資源的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)、管理與利用，生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)等方面提供氣象數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

王璐穎（1997—），女，河南周口人，碩士研究生，研究方向?yàn)闊釒痔佳h(huán)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)分析和論文撰寫。

張春生（1969—），男，河北青河人，研究方向?yàn)樯纸?jīng)營(yíng)與管理。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量控制、項(xiàng)目組織與管理、論文撰寫。

林明獻(xiàn)（1962—），男，海南文昌人，工程師，研究方向?yàn)樯謿庀髮W(xué)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)前期處理。

周璋（1983—），男，湖南衡陽人，副研究員，研究方向?yàn)槿蜃兓c森林碳氮循環(huán)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)前期處理、質(zhì)量控制。

李意德（1961—），男，湖南湘潭人，研究員，研究方向?yàn)橹脖簧鷳B(tài)學(xué)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量控制。

陳德祥（1975—），男，江西安遠(yuǎn)人，研究員，研究方向?yàn)槿蜃兓c森林碳氮循環(huán)。主要承擔(dān)工作：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)前期處理、質(zhì)量控制、項(xiàng)目組織與管理、論文撰寫。