1998–2018年中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站气象数据集 中华文库

摘要：气象数据作为气候变化基础数据，对全球气候变化和极端气候事件提供理论支撑。中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站（简称“贡嘎山站”）是中国生态系统研究网络（CERN）和国家野外科学观测定位研究站。贡嘎山地处于青藏高原的东南缘，是全球变化最为敏感区域之一，在高山生态系统中具有典型性和代表性。按照CERN统一规范，贡嘎山站开展了气象长期监测工作。本数据集利用贡嘎山站气象场自动观测系统采集原始数据，经过数据处理、质量控制和评估，将1998–2018年21年的气象数据，共计19个气象要素120个指标301 KB公开报道，为全球变化下高山生态系统响应研究提供背景数据。

关键词：气象数据；气候变化；高山生态系统；贡嘎山

Abstract: Meteorological data are the basic data for the research of climate change, providing theoretical support for global climate change and extreme weather events. Alpine Ecosystem Observation and Experiment Station of Gongga Mountain, Chinese Academic of Sciences, is one of the observation stations of Chinese Ecosystem Research Network (CERN) and National Ecosystem Research Network of China (CNERN). Mt. Gongga is located in southeast edge of Tibetan Plateau, and a sensitive area to global warming. Mt. Gongga is typical and representative alpine ecosystem. According to the protocols for standard meteorological observation and measurement of CERN, the station has been carrying out long-term meteorological monitoring. In this dataset, we report the 19 meteorological elements (including 120 indicators, total 301 KB) collected from the automatic meteorological system after data processing and quality control and assessment during 1998–2018. Our aims were to provide background data for the study of how the alpine ecosystems response to global change.

Keywords: meteorological data; climate change; alpine ecosystem; Gongga Mountain

中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站（简称贡嘎山战）主要由磨西基地站（海拔1600 m）、亚高山森林生态系统观测站（海拔3000 m）和成都分析测试中心组成，是一个以高山生态系统为对象，集山地水文、气候、冰川、森林生态和土壤等为一体的综合性实验研究基地，拥有较完善的山地垂直植被带谱多层次生态系统变化、气候带谱变化和海洋性冰川变化的观测研究体系。1991年进入中国生态系统研究网络（CERN），2005年正式被遴选为首批国家野外科学研究站。位于青藏高原的东南缘，横断山脉中部，主峰海拔7556 m，属于亚热带温暖湿润季风区与青藏高原东部高原温带半湿润区的过渡带上，年平均气温4℃，年均空气相对湿度90%左右，年平均降水量1861 mm，主要集中在5–10月。

由于人类活动导致全球气候变化^[1]，学界已经广泛开展关于气候变化、发展趋势和森林生态系统响应等方面的研究^[2][3]。地面气象资料作为气候变化基础数据，对全球变化的研究和极端气候事件具有监测能力。目前关于贡嘎山2个气象站数据公开发表比较完整的报道较少，特别未见贡嘎山站2个气象站的多个气象要素按时间序列的公开报道。因此，本数据集整理了1998–2018年贡嘎山1600 m和3000 m气象站的气压、水汽压、海平面气压、气温、露点温度、相对湿度、降水、风速、10分钟平均风速、2分钟平均风速、小时极大风速、地表温度、5 cm土壤温度、10 cm土壤温度、15 cm土壤温度、20 cm土壤温度、40 cm土壤温度、60 cm土壤温度、100 cm土壤温度19个气象要素120个指标。本数据集通过长期观测，资料的积累和研究，为亚高山森林生态系统对环境条件变化的响应与适应规律及其山地环境效应提供理论基础，为全球变化研究提供服务。

本数据集包括1998–2018年数据，采集地为贡嘎山站1600 m气象观测场（25m×30m，29º38'59"N、102º06'55"E）和3000 m气象观测场（25m×25m，29º34'34"N、101º59'54"E），气象观测场四周设置1.2 m高的稀疏围栏；观测场内场地平整，保持有均匀草层，草高不超过20 cm；场内铺设了观测人员可行走的不超过0.5 m宽石子小路；四周围栏稀疏、场内无杂物、气流畅通。有积雪时，应保持场地积雪的自然状态。

观测场内仪器的布置注意互不影响，便于操作。由南到北仪器安置高度是从低到高，南端地温，北端风向、风速，东西排列成行。仪器距围栏的距离不小于3 m，仪器之间南北间距离不小于4 m，东西间距离不小于4 m。观测场门安置在北面，仪器安置在小路南侧，观测员从北面接近仪器观测（见图1）。1998–2005年使用上海长望气象科技有限公司的自动气象站采集数据；2004年10月1600 m和3000 m气象场新安装了Vaisala公司Milos520自动气象站，旧系统于2005年末停止使用；2015年3000 m气象场安装了MAWS自动气象站采集数据。

图1 贡嘎山站气象要素观测场

用“生态气象工作站”报表处理程序对观测数据进行处理，具体操作流程为：将观测数据自动生成气象观测报表M；原始观测数据检查；Milos520原数据错误成分处理；M报表进行数据检验；M报表进行灵敏度转换；M报表进行整理统计；转换成气象规范A报表。在从A报表进行整理统计得出本数据集。根据《地面气象观测规范》^[4]，气象数据具体采集和处理方法见表1。

表1 气象数据具体采集和处理方法

2.1 数据库结构

本数据集包括代码、年、月以及气压、水汽压、海平面气压、气温、露点温度、相对湿度、降水、风速、10分钟平均风速、2分钟平均风速、小时极大风速、地表温度、5 cm土壤温度、10 cm土壤温度、15 cm土壤温度、20 cm土壤温度、40 cm土壤温度、60 cm土壤温度、100 cm土壤温度19个气象要素120个指标（具体见表2）。

表2 气象数据表组成

2.2 数据缺失情况

贡嘎山站地处高海拔，地方偏远，条件落后，加之山体滑坡，经常停电会导致数据缺失，有时其他不明原因导致出现乱码或提取其他日期数据会导致缺失部分数据。但1998-2018年贡嘎山站气象数据完整率仍在97%以上。2004年新安装了Vaisala公司自动气象站，2005年新增的气象要素包括：水气压、海平面气压、露点温度、10分钟平均风速、2分钟平均风速、小时极大风、5 cm土壤温度、10 cm土壤温度、15 cm土壤温度、20 cm土壤温度、40 cm土壤温度、60 cm土壤温度、100 cm土壤温度，因此1998–2004年这几个气象要素数据缺失。

本数据集采取四级控制：第一级要求数据监测员严格按操作规程采集和处理数据；数据监测人员提交上来的数据经专业负责人（CERN大气分中心质量控制）审核，此为第二级控制；CERN气象分中心采用大气监测数据质量控制软件校验数据后，反馈报告给专家（台站负责人）最终审核和修订，此为第三级控制；数据入库前由质量总控制人（数据库管理员）审核，此为第四级控制。且数据库管理人员负责该站自动数据原始资料、纸质资料、报表资料的保管归案工作，对原始数据及报表数据进行入库和备份。

作为自动气象观测观测的补充和检验，人工气象观测也同时进行。数据监测员负责自动气象站运行的日常维护，查看各要素传感器是否正常，雨量传感器的漏斗有无堵塞，风向、风速传感器是否转动灵活等，保证自动气象站设备处于正常连续的运行状态，应在正点前约10分钟查看计算机显示的实时观测数据是否正常；定期检查维护各要素传感器；每月定期检查各电缆是否有破损，各接线处是否有松动现象；每月检查供电设施，保证供电安全；为防止意外事故导致数据丢失和及时发现数据问题，需要定期下载数据。以确保提交给CERN大气分中心的数据真实、准确、可靠。

3.1 数据初步质量控制

原始数据的异常值或者错误值不仅会导致产生错误的月值和年值，而且会影响后续的趋势分析。采用“生态气象工作站”软件，根据检验参数，矫正各站点气象原始数据，检查是否存在不符合逻辑的异常值。如1月1600 m温度检验参数范围为−6～22℃，相对湿度为10～100%，气压为720～900 hPa，地表温度为−10～45℃；2月温度检验参数范围为−6～30℃，相对湿度为8～100%，气压为720～900hPa，地表温度为−10～50℃。

3.2 数据具体质量控制

在制作气象数据月报表时，利用报表处理程序对月报表中的数据进行自动检验，完成对数据文件的错误检查。根据CERN《生态系统大气环境观测规范》，气象数据具体质量控制和评估方法为：（1）某一定时气压、气温、相对湿度、地表温度、土壤温度缺测时，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；（2）气压、气温、相对湿度、地表温度、土壤温度、风速数据一日中若24次定时观测记录有缺测时，该日按照02、08、14、20时4次定时记录做日平均；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，不做日平均；用质控后的日均值合计值除以日数获得月平均值。日平均值缺测6次或者以上时，不做月统计。（3）一日中各时降水量缺测数小时但不是全天缺测时，按实有记录做日合计。全天缺测时，不做日合计，按缺测处理。

中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站是国家野外科学观测研究站和中国生态系统研究网络成员站，拥有较完善的山地垂直植被带谱多层次生态系统。本数据集作为可靠背景资料，为该区域的研究提供科学数据支撑，也可为气候变化提供参考。项目组基于本数据集已发表SCI论文1篇^[5]，基于本数据集作为论文或学位论文背景资料，每年科研人员和研究生索取高达30次以上。本数据集只包括月尺度数据，今后我们将会继续报道日或小时尺度数据，使我站的监测和研究获得更好的社会效益。

感谢中国生态网络（CERN）大气分中心领导和老师的指导和支持，尤其是刘广仁和胡波老师在数据质控和传感器标定方面的贡献，感谢中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站的刘巧、刘明德、陈斌如、兰全、刘发明和刘发蓉在数据采集工作中的付出。

杨阳, 王可琴, 胡兆永, 王根绪. 1998–2018年中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站气象数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2020. (2020-02-14). DOI: 10.11922/sciencedb.945.