四川若尔盖高寒湿地生态站2022年梯度气象观测数据集

生态系统国家野外站历史数据整编专题 II 区论文（已发表） • 版本 ZH3 Vol 8 (4) 2023

A dataset of gradient meteorological observations at Sichuan Zoige Alpine Wetland Station in 2022

曹永强，胡健，黄秋成，张伟，雷俊锋，汪辉，陈有军，周青平

CAO Yongqiang, HU Jian, HUANG Qiucheng, ZHANG Wei, LEI Junfeng, WANG Hui, CHEN Youjun, ZHOU Qingping

DOI: 10.11922/11-6035.csd.2023.0100.zh
CSTR: 32001.14.11-6035.csd.2023.0100.zh
: 10.57760/sciencedb.ecodb.00099

： 2023 - 04 - 26

： 2023 - 07 - 24

： 2023 - 06 - 05

： 2023 - 08 - 30

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5491 29 0

摘要&关键词

摘要：气象因子是中国生态系统研究网络（Chinese Ecosystem Research Network, CERN）定位站野外观测的重要要素之一，可为生态系统与全球变化研究、气象预报提供基础数据。四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站（简称“若尔盖站”）是新获批建设的国内唯一的高寒湿地生态站。若尔盖站在2021年实现气象要素垂直梯度观测，对于解析若尔盖高原的气象特征和高寒湿地的生态保护具有重要意义。本数据集利用若尔盖站垂直梯度自动气象观测系统，通过《地面气象观测规范》的标准规范保障所获取数据的一致性和准确性；通过《生态系统大气环境观测规范》的相关规定进行原始数据的无效剔除，再对缺失数据进行插补以确保数据的完整性。即整理了2022年若尔盖站的梯度气象观测数据24项气象指标，共计8760条日尺度数据，具体包括距离地面2 m的大气压、降水、总辐射、光合有效辐射，距离地面2 m、6 m、12 m、16 m、20 m高度的空气温度、相对湿度、风速以及20 cm、40 cm、60 cm、100 cm、150 cm土层的土壤温度等，以期为若尔盖高原生态环境保护、揭示高原大气环境变化规律及科学研究提供数据支撑。

关键词：青藏高原东缘；梯度观测；气象要素；高寒湿地

Abstract & Keywords

Abstract: Meteorological factors are one of the important elements for field observation at the Chinese Ecosystem Research Network (CERN) positioning stations, which can provide basic data for the research on ecosystem and global change, and weather forecasting. Sichuan Zoige Alpine Wetland Ecosystem National Observation and Research Station (referred to as "Zoige Station") stand as the sole newly-approved domestic alpine wetland ecological station. In 2021, Zoige Station built the vertical gradient observation of meteorological elements, which is of great significance for revealing the meteorological characteristics and the ecological protection of the alpine wetlands of Zoige Plateau. We used the Zoige Station's vertical gradient automatic meteorological observation system to ensure consistency and accuracy of the data by following the standard and specifications of the Ground Meteorological Observation Specification, and eliminating invalid data according to the relevant rules of the Ecological System Atmospheric Environment Observation Specification. We then interpolated missing data to ensure data integrity. Specifically, we compiled 24 meteorological indexes totaling 8,760 entries of daily scale data of the gradient meteorological observations at Zoige Station in 2022, including atmospheric pressure, precipitation, total radiation, photosynthetic effective radiation at 2 m above ground, air temperature, relative humidity, wind speed at the heights of 2 m, 6 m, 12 m, 16 m, and 20 m above ground, as well as soil temperature at the depths of 20 cm, 40 cm, 60 cm, 100 cm, and 150 cm. This dataset can provide data support for the ecological environment protection of Zoige Plateauand, reveal the rules of atmospheric environment changing, and scientific research on the plateau.

Keywords: the eastern margin of the Tibetan Plateau; gradient observation; meteorological elements; alpine wetland

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称	四川若尔盖高寒湿地生态站2022年梯度气象观测数据集
数据通信作者	胡健（jianhu@swun.edu.cn）
数据作者	曹永强、胡健、黄秋成、张伟、雷俊锋、汪辉、陈有军、周青平
数据时间范围	2022年1月1日–2022年12月31日
地理区域	若尔盖站（32°49′51″N，102°35′1″E）位于四川省阿坝藏族羌族自治州红原县邛溪镇瑞庆东路1号。
数据量	530 KB
数据格式	*.xlsx
数据服务系统网址	http://dx.doi.org/10.57760/sciencedb.ecodb.00099
基金项目	国家科技基础资源调查专项（2021FY100704）；第二次青藏高原综合科学考察研究资助（2019QZKK0307）；西南民族大学中央高校基本科研业务费专项（2022NYXXS056）
数据库（集）组成	本数据集包含1个数据文件，24项气象指标，数据量共8760条，具体包括距离地面2 m的大气压、降水、总辐射、光合有效辐射，距离地面2 m、6 m、12 m、16 m、20 m高度的空气温度、相对湿度、风速，以及20 cm、40 cm、60 cm、100 cm、150 cm土层的土壤温度等。

Dataset Profile

Title	A dataset of gradient meteorological observations at Sichuan Zoige Alpine Wetland Station in 2022
Data corresponding author	HU Jian (jianhu@swun.edu.cn)
Data author(s)	CAO Yongqing, HU Jian, HUANG Qiucheng, ZHANG Wei, LEI Junfeng, WANG Hui, CHEN Youjun, ZHOU Qingping
Time range	2022
Geographical scope	Zoige Station (32°49′51″N, 102°35′1″E) located at No.1 Ruiqing East Road, Qiongxi Town, Hongyuan County, Aba Tibetan and Qiang Autonomous Prefecture, Sichuan Province.
Data volume	530 KB
Data format	*.xlsx
Data service system	http://dx.doi.org/10.57760/sciencedb.ecodb.00099
Source(s) of funding	The National Science and Technology Fundamental Resources Investigation program of China (2021FY100704); the Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research (2019QZKK0307); the Basic research funds for central universities of Southwest University for Nationalities (2022NYXX056)
Dataset composition	This dataset contains one data file with 24 meteorological indicators and a total of 8,760 entries of data, including atmospheric pressure, precipitation, total radiation, photosynthetically effective radiation at the heights of of 2 m from the ground, air temperature, relative humidity, wind speed at the heights of 2 m, 6 m, 12 m, 16 m, and 20 m from the ground, and soil temperature of 20 cm, 40 cm, 60 cm, 100 cm and 150 cm soil layers, etc.

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引言

青藏高原被誉为“中华水塔”，其生态地位非常重要且独特。作为国家重要的生态屏障，它在维护国家安全方面具有不可替代的战略地位^[1]。青藏高原东缘部的若尔盖高原，其高寒湿地的面积约为13.3×10⁶ hm²，是青藏高原最重要的植被类型，在水源涵养、农牧业发展以及生物多样性维持方面具有深远意义^[2]。气象数据不仅是科学研究中不可或缺的基础性背景数据，也是国家和地方应对气候变化必须参考的重要数据资料^[3]。在若尔盖高原典型高寒湿地开展定位气象监测，获取区域尺度下的气象数据，分析气候变化对湿地生态系统的影响，为该区域的农业、畜牧业以及湿地的管理提供了科学的理论依据，更能提升气象预报和区域防灾减灾能力^[4]。

四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站（简称“若尔盖站”）^[5]，在2021年10月正式成为国家野外科学观测研究站（National Ecosystem Research Network of China，CNERN）重要成员之一，属于国内当前唯一的高寒湿地生态站，以典型高寒湿地和草原为研究对象，以在全球变化与人类活动的影响背景下，典型高原湿地和草原生态系统的演替与反馈为主要观测研究内容。若尔盖高原分布有研究站5所，与其所对应的观测样地有17处，而若尔盖站架设了若尔盖高原上唯一的梯度气象观测场（2 m、6 m、12 m、16 m、20 m）。梯度气象观测场是一个综合探测系统，集多层、多参量观测系统于一体，实现一定高度内的风温湿梯度信号参量的综合自动观测。例如，甘肃金塔站架设的气象梯度观测站（10 m、30 m、50 m、75 m、100 m），对监测到的风温湿等气象因子进行数据分析，可以得到局地气候的一般性规律，根据此规律可以为气象预报提供准确、可靠的依据，为当地农业的发展起到了积极、重要的作用^[6]。若尔盖站的垂直梯度气象观测场可以收集青藏高原东缘的气象因子基础数据，通过对其进行分析和挖掘，可以更好地了解若尔盖高原的气候变化以及环境影响，并为保护典型高寒湿地的生态环境、农牧业发展提供科学依据和技术手段^[7]。

为体现数据共享理念、挖掘数据潜在价值，若尔盖站公开发表2022年梯度气象观测场的气象数据。本数据集整理了2022年若尔盖站的梯度气象观测数据24项气象指标，共计8760条日尺度数据，具体包括距离地面2 m的大气压、降水、总辐射、光合有效辐射，距离地面2 m、6 m、12 m、16 m、20 m高度的空气温度、相对湿度、风速以及20 cm、40 cm、60 cm、100 cm、150 cm土层的土壤温度等，以期为若尔盖高原生态环境保护、揭示高原大气环境变化规律及科学研究提供数据支撑，从而更好地为生态系统功能服务。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据采集样地描述

若尔盖站（32°49′51″N, 102°35′1″E, 3484 m）位于青藏高原东缘部（图1），该区域属于亚寒带亚湿润气候区，是国内最大的高寒沼泽湿地区，也是国家重点的水源涵养功能区和生物多样性热点区。从区域和生态系统代表性上看，若尔盖站位于若尔盖高原上，该高原属于黄河流域白河一级支流的流域，在这个区域内广泛分布着典型的高寒草甸和湿地生态系统。在印度洋西南季风以及太平洋东南季风的共同作用下，该区域降水较为充沛（年均降水量749.1 mm），年均气温为1.4 ℃，年均日照时数为2158.7小时，80%集中在5–8月，年均降雪日数为76天。冷暖季节分明，水热同期，雨季主要集中在5–10月，剩余月份降水量仅占全年降水量10%^[8-11]。

图1 若尔盖高原及站点位置图

Figure 1 Zoige Plateau and the site location

若尔盖站梯度气象观测场（25 m×25 m）于2021年9月建立在站内1 km典型的高寒草甸生态系统内（32.83°N，102.57°E，3484 m）。研究区附近植被发育十分繁茂，分布均匀，植被以高寒草甸为主，土壤类型以泥炭土、亚高山及高寒草甸土为主，由于受到长期气候和人为因素（人工种植高山柳）的共同作用，植被多为莎草科（蒿草属Kobresia和苔草属Carex）、禾本科和多种双子叶草本或灌木植物组成的高寒草甸^[8,12]。

1.2 数据采集方法

数据均来自WS3000自动观测监测系统每日采集的气象监测数据，具体的观测仪器及型号、仪器制造商及数据采集器等相关信息详见表1。若尔盖站气象数据观测高度见表2（所有数据均为数字型），2022年1月1日至2022年8月15日气象要素的原始数据采样频率30 min，储存于CR1000中，导出原始数据；8月15日之后为1 min，储存于CR1000中，导出原始数据后，计算其30 min的平均值储存在新建的Excel表中。野外观测数据的缺失在气象监测中是一种常见情况，可能是由于梯度观测仪器本身的稳定性和异常天气等不可控因素导致。为了填补缺失的数据，进行数据插补是非常有必要的，对于短时间（小于2小时）缺失的常规气象数据，采用线性内插法进行插补；对于长时间缺失的气象监测数据，基于若尔盖站的自动小型气象站同期的观测资料进行插补。

表1 若尔盖站梯度气象观测项目所用分析仪相关信息

观测系统	测定要素	仪器型号	数据采集器	数据采集制造商
气象要素	空气温度	HMP115A（温湿度传感器）	CR1000	CAMPBELL
	空气湿度	HMP115A（温湿度传感器）
	风速	034E（风速传感器）
	大气压	PTB110（气压传感器）
	降水	T-200B（雨量计）
	总辐射	CPM3（总辐射传感器）
	光合有效辐射	PQS1（光合有效辐射传感器）
	土壤温度	TDR-315N（土壤温度传感器）

2 数据样本描述

2.1 数据集与数据量

本数据集是若尔盖站2022年1月1日–12月31日的日尺度数据集，总数据量530 KB，总条数8760，由24个表单组成，每个表单对应一个逐日观测要素（共365日）。

2.2 数据文件示例

以2022年若尔盖站1月1日梯度气象观测的气象要素数据表头说明（表2），所有气象要素均以数字型形式表示。

表2 若尔盖站日尺度梯度观测气象指标数据集表单内容

数据项	字段内容	数据类型	单位	示例
年	年	数字型	-	2022
月	月	数字型	-	1
日	日	数字型	-	1
空气温度	2 m平均空气温度	数字型	℃	-10.6
	6 m平均空气温度	数字型	℃	-10.2
	12 m平均空气温度	数字型	℃	-10.5
	16 m平均空气温度	数字型	℃	-9.7
	20 m平均空气温度	数字型	℃	-9.7
相对湿度	2 m平均相对湿度	数字型	%	43
	6 m平均相对湿度	数字型	%	40
	12 m平均相对湿度	数字型	%	48
	16 m平均相对湿度	数字型	%	38
	20 m平均相对湿度	数字型	%	37
风速	2 m平均风速	数字型	m/s	2.1
	6 m平均风速	数字型	m/s	3.0
	12 m平均风速	数字型	m/s	3.3
	16 m平均风速	数字型	m/s	3.4
	20 m平均风速	数字型	m/s	3.5
大气压强	大气压强	数字型	hPa	670
总辐射	总辐射	数字型	MJ/m²	601.520
光合有效辐射	光合有效辐射	数字型	mol/m²	7871.449
总降雨量	总降雨量	数字型	mm	0
土壤温度	20 cm土壤温度	数字型	℃	-0.8
	40 cm土壤温度	数字型	℃	0.6
	60 cm土壤温度	数字型	℃	1.7
	100 cm土壤温度	数字型	℃	3.6
	150 cm土壤温度	数字型	℃	4.9

3 数据质量控制和评估

为满足生态系统研究的需要，避免减少出现数据缺失和记录异常的现象，若尔盖站气象数据管理包括对传感器和探头的检查和维护，以及对观测数据的保存、整理、分析和统计。工作人员需要对数据进行多方面的数据质量控制，以便获取高质量的气象数据。2022年10月12日12 m空气温度由于仪器问题而出现异常，因此剔除，这一部分缺失占全部数据的0.35%，但通过若尔盖站其他小型气象站（CR3000 点将科技）进行了插补。总体上，本数据集完整度较高。表3为气象数据质量控制和评估方法^[13-15]。

表3 若尔盖站气象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
气温	（1）超出气候学界值域-80 ℃～60 ℃的数据为错误数据。（2）在1分钟内，气温变化不得超过3℃；而在1小时内，气温变化的最小值为0.1℃。（3）日平均气温大于日最低气温且小于日最高气温。（4）24 小时气温变化范围不得超过50 ℃。（5）计算若尔盖站的气温值时，可以利用与本台站下垫面和周围环境相似的一个或多个邻近站的气温数据。将台站观测值和计算值进行比较，如果超出阈值则判定为异常数据。（6）某一定时气温缺测时，该日按照02、08、14、20时4次定时记录做平均；若4次定时记录缺测1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，不做日平均。
相对湿度	（1）相对湿度介于0～100%之间。（2）定时记录的相对湿度应大于或等于当天最低的相对湿度。（3）在非结冰期，干球温度应大于或等于湿球温度。（4）某一定时气压缺测时，用前、后两定时数据内插求得，按正常统计；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。
风速	（1）超出气候学界限值域0～75 m/s的数据为错误数据。（2）一天内的24次定时观测中有部分数据缺失，可以使用02、08、14和20时的4次观测数据计算日平均值。如果这4次观测中有缺测数据出现一次或以上，但整天的总缺测次数不超过5次，可以使用实际有记录的观测数据进行日统计。如果整天的总缺测次数超过6次，则不计算日平均值。（3）日平均风速大于最大风速。
气压	（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。（4）某一定时气压缺测时，用前、后两定时数据内插求得，按正常统计，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。
太阳辐射	（1）总辐射最大值均不超过气候学界限值2000 W/m²。（2）当前瞬时值与前一次值的差异小于最大变幅800 W/m²。
土壤温度	（1）超出气候学界限值域−90～90 ℃的数据为错误数据。（2）在1分钟内，气温变化不得超过5℃；而在1小时内，气温变化的最小值为0.1℃。（3）地温在0 cm、5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm、60 cm和100 cm的深度上，24小时变化范围分别小于60 ℃、40 ℃、40 ℃、40 ℃、30 ℃、30 ℃、20 ℃和20 ℃。

4 数据价值

青藏高原是全球气候变化最为敏感的一个地区，是陆地生态系统对气候变化反馈和调节过程的典型地带^[16-17]，梯度气象观测是测量大气中的温度、湿度和风速等物理量随垂直高度的变化方法与技术^[18-19]。通过在若尔盖高原架设梯度气象观测不同高度的气象数据，可以很好地了解大气中的温度、湿度和风速等参数的变化规律，从而更好地了解所在区域的天气现象和气候变化^[20]。本数据集真实可靠且与其他野外站气象数据格式统一，具有良好的参考价值。常规气象要素的高质量观测，可以更好地让农、牧、草等相关领域的研究者了解当地的气候、地形、土壤以及植被特征的基础。

[1]

李以康, 曲家鹏, 杨广智. 筑牢生态安全屏障守护 “中华水塔”[J]. 国际人才交流, 2023(3): 14–16. DOI: 10.3969/j.issn.1001-0114.2023.03.007. [LI Y K, QU J P, YANG G Z. Building an ecological security barrier to protect “China water tower”[J]. International Talent, 2023(3): 14–16. DOI: 10.3969/j.issn.1001-0114.2023.03.007.]