2012年张掖绿洲-荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集.pdf
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1、中国科学数据中国科学数据,2023,8(3)|1 ISSN 2096-2223 CN 11-6035/N 文献 CSTR:32001.14.11-6035.csd.2023.0108.zh 文献 DOI:10.11922/11-6035.csd.2023.0108.zh 数据 DOI:10.11888/Atmos.tpdc.300500 文献分类:地球科学 收稿日期:2023-05-23 开放同评:2023-07-25 录用日期:2023-08-17 发表日期:2023-08-29 *论文通信作者 刘绍民: www.csdata.org 专题专题 科学大数据工程优秀数据成果科学大数据工程优秀数
2、据成果 2012 年张掖绿洲年张掖绿洲-荒漠区域荒漠区域水热碳水热碳通量通量及气象及气象要素要素观观测测矩阵数据集矩阵数据集 徐自为徐自为1,刘绍民刘绍民1*,李新李新2,徐同仁徐同仁1,朱忠礼,朱忠礼1 1.北京师范大学,地理科学学部,地表过程与资源生态国家重点实验室,北京 100875 2.中国科学院青藏高原研究所,青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室,国家青藏高原科学数据中心,北京 100101 摘要摘要:绿洲-荒漠生态系统是干旱/半干旱区特有景观,其水热碳通量的观测和研究对绿洲稳定与可持续发展具有重要的意义。本研究以黑河流域中游甘肃张掖绿洲-荒漠区域为研究对象,基于 2012 年在
3、该区域开展的国际领先的通量观测矩阵试验,整理了观测试验获取的水热碳通量和气象要素数据,包括 30 km30 km 和5.5 km5.5 km 两个嵌套的矩阵内 21 个观测点共 22 套涡动相关仪和 21 套自动气象站,4 组大孔径闪烁仪和 3 组植物液流仪,观测项目包括生态系统净碳交换量、潜热通量、感热通量、空气温度、空气相对湿度、风速、风向、向下/上短波辐射、向下/上长波辐射、净辐射、大气压、降水、红外辐射温度、光合有效辐射、土壤温度、土壤水分、土壤热通量、平均土壤温度、树木蒸腾等。本数据集经过了严格的数据质量控制,可用于研究绿洲荒漠区域水热碳通量变化特征及影响机制,并为模式模拟或遥感估算
4、结果等提供可靠的验证数据。关键词关键词:涡动相关仪;自动气象站;大孔径闪烁仪;植物液流仪;黑河流域;绿洲荒漠区域 数据库(集)数据库(集)基本基本信息简介信息简介 数据库(集)名称数据库(集)名称 2012 年张掖绿洲-荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集 数据数据通通信信作者作者 刘绍民()数据作者数据作者 刘绍民、李新、徐自为 数据时间范围数据时间范围 2012年5-9月 地理区域地理区域 观测地点:黑河流域中游甘肃张掖绿洲-荒漠区域(384554385831N,10018151002936E)地理区域:河西走廊人工绿洲荒漠区域 数据量数据量 134 MB 数据格式数据格式*.xls
5、x 数据服务系统网址数据服务系统网址 https:/doi.org/10.11888/Atmos.tpdc.300500 基金项目基金项目 国家自然科学基金(91125002)2012 年张掖绿洲年张掖绿洲-荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集 www.csdata.org|2 数据库(集)组成数据库(集)组成 数据集包括涡动相关仪,自动气象站,大孔径闪烁仪和植物液流仪4套数据,其中涡动相关仪包括21个观测点共22个数据文件,自动气象站包括21个观测点共21个数据文件,大孔径闪烁仪包括4个数据文件,植物液流仪包括1个数据文件。引引 言言 典型生态
6、系统水热碳通量的观测和研究对认识和评价绿洲-荒漠区域碳水循环的变化规律具有重要的科学意义1-2,在国家实现双碳目标背景下显得尤为重要。绿洲是干旱/半干旱区特有的生态景观之一,通常是指存在于干旱区、半干旱区的荒漠背景条件下,具有稳定水源供给,可供人类生存并从事各种社会经济活动的非地带性地理或生态景观3-4。在我国西北干旱半干旱地区,绿洲以占4%5%干旱区总面积养育了该区域 90%以上的人口并集中了 95%以上的社会财富3,5,却是干旱区最脆弱敏感的部分,其水热碳通量的观测、变化规律及控制机制的研究对认识绿洲-荒漠生态系统的稳定性及可持续发展具有重要的意义。黑河流域是我国第二大内陆河流域,其中游位
7、于甘肃省张掖市,为人工绿洲-荒漠区,张掖人工绿洲也是河西走廊最大的绿洲,一直以来是研究的重点和热点区域6-9。在 2012 年,依托国家自然科学基金重点项目 黑河流域生态-水文过程综合遥感观测试验:水文气象要素与多尺度蒸散发观测(20122015),在黑河流域中游甘肃张掖开展了两个嵌套式的通量观测矩阵试验10-12,拟通过非均匀下垫面多尺度地表水热碳通量及其影响因子的天空地一体化的密集观测,刻画非均匀地表-大气间水热碳交换的三维动态图像,捕捉地表通量的时空异质性,揭示绿洲-荒漠系统相互作用机理,探讨涡动相关仪能量平衡不闭合问题,为非均匀下垫面上地表水热碳通量的遥感估算模型、地表通量尺度扩展方法
8、的发展与验证等提供多尺度观测数据12-13。本数据集属于通量观测矩阵试验中水热碳通量和气象要素数据集,虽然数据集已发布并受到国内外科研院所和高校等广泛关注,但尚缺乏对数据集的系统性描述。此外,通常水热碳和气象要素的数据为特定区域单站点形式发布,而该数据集为在一个区域密集的矩阵式观测。因此,本数据集以数据论文的形式进一步推动观测数据集的开放共享,方便更多科研人员开展针对绿洲荒漠区域水热碳通量的科学研究。1 数据采集和处理方法数据采集和处理方法 1.1 数据来源数据来源 观测地点位于黑河流域中游甘肃张掖,2012 年 59 月在该区域开展了“非均匀下垫面地表蒸散发的多尺度观测试验:通量观测矩阵”试
9、验,构建了 30 km30 km、5.5 km5.5 km 两个嵌套的试验区10-11。其中 30 km30 km 的大矩阵由张掖绿洲的大满超级站(15 号点)以及绿洲周边神沙窝沙漠站、花寨子荒漠站、巴吉滩戈壁站与张掖湿地站 4 个普通站组成,其下垫面涉及绿洲农田、沙漠、荒漠、戈壁和湿地等。在绿洲区域 5.5 km5.5 km 小矩阵内,根据下垫面类型、防护林走向、村庄与道路分布、土壤水分与灌溉状况等划分成 17 个小区,每个小区内架设 1 台涡动相关仪(EC)和 1 套自动气象站(AWS);此外,在小矩阵中心 33 个中分辨率成像光谱仪(MODIS)像元区域,各布设一组大孔径闪烁仪(LAS)
10、,即 LAS1、LAS2、LAS3,贯穿 31 像元,另有一组大孔径闪烁仪横跨大满超级站所在的 21 个 MODIS 像元,共 4 组(每组两套 LAS),用于观测小矩阵内 MODIS 像元尺度的水热通量;采用植物液流仪(TDP)在 6 号点、8 号点和 LAS4 南侧塔附近观测不同高度2012 年张掖绿洲年张掖绿洲-荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集数据集 中国科学数据中国科学数据,2023,8(3)|3 与胸径防护林的蒸腾量(每个点选 3 棵树,每棵树安装 3 组探针),几个点样树高度和胸径各不相同,以此代表整个小矩阵区域防护林的蒸腾量(图 1)
11、。本文着重介绍水热碳通量及气象要素,通量观测矩阵详细介绍可参考 Liu et al.(2018)11。图图 1 本本数据集数据集所用所用通量观测矩阵通量观测矩阵仪器分布图仪器分布图(LAS:大孔径闪烁仪;:大孔径闪烁仪;EC:涡动相关仪;:涡动相关仪;AWS:自动气象站;:自动气象站;TDP:植物液流仪):植物液流仪)Figure 1 Distribution of flux observation matrix instruments used in this study(LAS:large aperture scintillometer;EC:eddy covariance system;
12、AWS:automatic weather station;TDP:thermal dissipation probe)1.2 数据采集方法数据采集方法 本数据集包括了 21 个观测点,包含了多套水热碳通量观测和气象要素观测仪器,涉及到多种类型的观测仪器,每个观测点仪器均按照统一的方式进行布设。各测定要素所采用的主要分析仪器、仪器制造商及安装高度等信息详见表 1 和表 2。表表 1 水热碳通量观测数据信息水热碳通量观测数据信息 Table 1 Information of water vapor-heat-carbon fluxes data 观测观测系统系统 观测观测要素要素 分析仪器分析仪
13、器 仪器制造商仪器制造商 观测站点及观测站点及安装高度安装高度 涡动相关仪 二 氧 化 碳 通量,潜 热 通量,感热通量 CSAT3 and Li7500 Campbell and Li-Cor,USA 2 号:3.7 m;5 号:3 m;8 号:3.2 m;10 号:4.8 m;11 号:3.5 m;12 号:3.5 m;14 号:4.6 m;巴吉滩戈壁:4.6 m;神沙窝沙漠:4.6 m;花寨子荒漠:2.85 m CSAT3 and Li7500A Campbell and Li-Cor,USA 4 号:4.2 m,8 月 19 日起 6.2 m;6 号:4.6 m;7 号:3.8 m;1
14、3 号:5 m;15 号:4.5 m,34 m CSAT3 and EC150 Campbell,USA 17 号:7 m 2012 年张掖绿洲年张掖绿洲-荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集 www.csdata.org|4 观测观测系统系统 观测观测要素要素 分析仪器分析仪器 仪器制造商仪器制造商 观测站点及观测站点及安装高度安装高度 Gill and Li7500 Gill,UK and Li-Cor,USA 16 号:4.9 m Gill and Li7500A Gill,UK and Li-Cor,USA 1 号:3.8 m;3 号:3
15、.8 m;9 号:3.9 m;湿地:5.2 m 大孔径闪烁仪 感热通量 BLS900 Scintec,Germany 有效高度(LAS1:33.45 m;LAS2:33.45 m;LAS3:33.45 m)光径长度(LAS1:3256 m;LAS2:2841 m;LAS3:3111 m)BLS450 有效高度(LAS2:33.45 m;LAS4:22.45 m)光径长度(LAS2:33.45 m;LAS4:1854 m)LAS Kipp&Zonen,Netherland 有效高度(LAS3:33.45 m)光径长度(LAS3:3111 m)ZZLAS 北京雨根科技有限公司,中国 有效高度(LA
16、S1:33.45 m;LAS4:22.45 m)光径长度(LAS1:3256 m;LAS4:1854 m)植物液流仪 蒸腾量 TDP30 北京雨根科技有限公司,中国(6、8 号点、LAS4 南侧塔)架高均为 1.3 m 表表 2 气象气象要素观测数据信息要素观测数据信息 Table 2 Information of meteorological observation data 观测系统观测系统 观测要素观测要素 分析仪器分析仪器 仪器制造商仪器制造商 观测站点及安装高度观测站点及安装高度 自动气象站/气象要素梯度观测系统 风速/风向 03002 RM Young,USA 1 号:10 m;张
17、掖湿地:5 m,10 m 010C/020C Met One 2、6 号:5 m,10 m;3、4、5、7、8、9 号:10 m 03001 RM Young,USA 10、11、16 号:10 m 034B Met One,USA 12、13、14、17 号:10 m Windsonic Gill,UK 15 号:3 m,5 m,10 m,15 m,20 m,30 m,40 m 03102/03302 RM Young,USA 花寨子荒漠:0.48 m,0.98 m,1.99 m,2.99 m 空气温湿度 HMP155 Vaisala,Finland 1、3、10、16 号:5 m HMP4
18、5D Vaisala,Finland 2 号:5 m,10 m;12、13、14 号:5 m HMP45C Vaisala,Finland 4、5、17 号:5 m HMP45A Vaisala,Finland 花寨子荒漠:1 m,1.99 m,2.99 m HMP45AC Vaisala,Finland 7、8、9、11 号:5 m;6 号、巴吉滩戈壁、神沙窝沙漠、张掖湿地:5 m,10 m AV-14TH Avalon 15 号:3 m,5 m,10 m,15 m,20 m,30 m,40 m 降水量 TR-525M Texas Electronics,USA 1、3、7、9、10、16
19、号、张掖湿地 TE525MM Campbell,USA 4、5、6、8、11、12、13、14、15 号、巴吉滩戈壁 2012 年张掖绿洲年张掖绿洲-荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集数据集 中国科学数据中国科学数据,2023,8(3)|5 观测系统观测系统 观测要素观测要素 分析仪器分析仪器 仪器制造商仪器制造商 观测站点及安装高度观测站点及安装高度 52203 RM Young,USA 2、17 号、神沙窝沙漠 CTK-15PC Climatec,Japan 花寨子荒漠 气压 PTB110 Vaisala,Finland 1、17 号、巴吉滩戈壁
20、、神沙窝沙漠 AV-410BP Avalon,USA 2 号 PTB210 Vaisala,Finland 花寨子荒漠 CS100 Campbell,USA 4、5、6、7、8、11、12、13、14、15 号、张掖湿地 四分量辐射 CNR4 Kipp&Zonen,Netherland 1、6、8、13、14 号:6 m;2、7、12 号:4 m NR01 Hukseflux,Netherland 3 号、张掖湿地:6 m CNR1 Kipp&Zonen,Netherland 4、9、10、17 号、巴吉滩戈壁、神沙窝沙漠:6 m;5、11 号:4 m;花寨子荒漠:2.51 m Q7 REBS
21、,USA 16 号:6 m PSP&PIR Eppley,USA 15 号:12 m 光合有效辐射 LI-190SB Li-Cor,USA 15 号:12 m 红外辐射温度 SI-111 Apogee,USA 5、7、11 号:4 m;花寨子荒漠:3.5 m;1、3、4、6、8、9、10、16、17 号、张掖湿地:6 m IRTC3 Avalon,USA 2、12、13、14、15 号、巴吉滩戈壁、神沙窝沙漠:4 m 土壤温度廓线 109ss-L Campbell,USA 1、4、6、8 号、张掖湿地:0 m,-0.02 m,-0.04 m,-0.1 m,-0.2 m,-0.4 m,-0.6
22、m,-1 m;10 号:0 m,-0.02 m,-0.04 m AV-10T Avalon,USA 2、5、12、13、14 号、巴吉滩戈壁:0 m,-0.02 m,-0.04 m,-0.1 m,-0.2 m,-0.4 m,-0.6 m,-1 m;3、9、16 号:0 m,-0.02 m,-0.04 m;15 号:0 m,-0.02 m,-0.04 m,-0.1 m,-0.2 m,-0.4 m,-0.8 m,-1.2 m,-1.6 m 109 Campbell,USA 7、11、17 号、神沙窝沙漠:0 m,-0.02 m,-0.04 m,-0.1 m,-0.2 m,-0.4 m,-0.6 m
23、,-1 m AV-10T/107 Avalon,USA/Campbell,USA 花寨子荒漠(两个测点):0 m,-0.02 m,-0.04 m/-0.04 m,-0.1 m,-0.18 m,-0.26 m,-0.34 m,-0.42 m,-0.5 m 土壤水分廓线 SM300 Delta-T Devices,UK 1 号:-0.02 m,-0.04 m,-0.1 m,-0.2 m,-0.4 m,-0.6 m,-1 m ECH2O-5 Decagon Devices,USA 2、12、13、14 号、巴吉滩戈壁:-0.02 m,-0.04 m,-0.1 m,-0.2 m,-0.4 m,-0.6
24、 m,-1 m CS616 Campbell,USA 4、5、6、7、8、11、17 号、神沙窝沙漠:-0.02 m,-0.04 m,-0.1 m,-0.2 m,-0.4 m,-0.6 m,-1 m;3、9、10、16 号:-0.02 m,-0.04 m;15 号:-0.02 m,-0.04 m,-0.10 m,-0.2 m,-0.4 m,-0.8 m,-1.2 m,-1.6 m 2012 年张掖绿洲年张掖绿洲-荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集 www.csdata.org|6 观测系统观测系统 观测要素观测要素 分析仪器分析仪器 仪器制造商
25、仪器制造商 观测站点及安装高度观测站点及安装高度 CS616/ML2X Campbell,USA/Delta-T,UK 花寨子荒漠(两个测点):-0.02 m,-0.04 m/-0.02 m,-0.1 m,-0.18 m,-0.26 m,-0.34 m,-0.42 m,-0.5 m,-0.58 m 土壤热通量 HFP01 Hukseflux,Netherland 1、3、4、5、6、7、8、9、10、11、17 号、神沙窝沙漠、张掖湿地、花寨子荒漠:-0.06 m HFT3 Campbell,USA 2、12、13、14、16 号、巴吉滩戈壁:-0.06 m HFP01SC Hukseflux
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