摘要&关键词
摘要：太阳辐射控制着大气层、水圈、生物圈及岩石圈发生的各种生物作用、化学作用及其他作用。太阳辐射作为森林生态系统的热量和能量来源，是生态系统维持本身正常运转和发展的原始动力，对植物光合作用、蒸腾作用及生态系统碳交换等过程有重要的影响。贡嘎山地处青藏高原东南缘，在高山生态系统中具有典型性和代表性。按照中国生态系统研究网络（CERN）和国家生态系统观测研究网络（CNERN）统一规范，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）开展了辐射长期监测工作。本数据集利用贡嘎山站自动辐射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年的辐射数据，共计22个指标97 KB公开报道，为全球变化下高山生态系统碳循环、水循环和能量循环提供基础数据。
关键词：辐射；高山生态系统；贡嘎山；碳循环；能量循环
Abstract & Keywords
Abstract:?Solar radiation governs biological, chemical and other processes in the atmosphere, hydrosphere, biosphere and lithosphere. As the source of heat and energy of forest ecosystem, solar radiation is the original power to maintain the normal operation and develop the ecosystem, and has important effects on plant photosynthesis, transpiration and carbon exchange. Gongga Mountain is located in southeast edge of Tibetan Plateau, and is a typical and representative alpine ecosystem. According to the protocols for standard radiation observation and measurement of Chinese Ecosystem Research Network (CERN) and National Ecosystem Research Network of China (CNERN), the Alpine Ecosystem Observation and Experiment Station of Gongga Mountain, Chinese Academic of Sciences has been carrying out long-term radiation monitoring practice. In this dataset, we report 22 radiation indices (total file size, 97 KB) collected from the automatic radiation system after data processing and quality control and assessment during 1998–2018. The dataset can provide basic data for carbon cycle, water cycle and energy cycle of alpine ecosystem under global change.
Keywords:?radiation;?alpine ecosystem;?Gongga Mountain;?carbon cycle;?energy cycle
数据库（集）基本信息简介
| 数据库（集）名称 | 1998–2018年中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站辐射数据集 |
| 数据作者 | 杨阳、王可琴、胡兆永、王根绪 |
| 数据通信作者 | 王根绪（wanggx@imde.ac.cn） |
| 数据时间范围 | 1998–2018年 |
| 地理区域 | 贡嘎山站位于四川省甘孜州磨西镇，本数据集来自贡嘎山1600 m（29o38'59"N，102o06'55"E）气象观测场。 |
| 数据量 | 97 KB |
| 数据格式 | *.xlsx |
| 数据服务系统网址 | http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/1006 http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData |
| 基金项目 | 中国生态系统研究网络(CERN)贡嘎山野外台站运行服务费；国家生态系统观测研究网络(CNERN)贡嘎山国家站运行服务费。 |
| 数据库（集）组成 | 本数据集是自动站辐射观测数据集，由22个辐射观测指标组成，包括总辐射总量月合计值、反射辐射总量月合计值、紫外辐射总量月合计值等。 |
Dataset Profile
| Title | A radiation dataset observed by Alpine Ecosystem Observation and Experiment Station of Gongga Mountain, Chinese Academic of Sciences, during 1998–2018 |
| Data corresponding author | WANG Genxu (wanggx@imde.ac.cn) |
| Data authors | YANG Yang, WANG Keqin, HU Zhaoyong, WANG Genxu |
| Time range | 1998–2018 |
| Geographical scope | Gongga Mountain station located in Moxi Town, Garzê Tibetan Autonomous Prefecture, Sichuan Province, China. The dataset was derived from 1600 m (29o38'59"N, 102o06'55"E) meteorological station. |
| Data volume | 97 KB |
| Data format | *.xlsx |
| Data service system | <http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/1006> <http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData> |
| Sources of funding | Gongga Mountain station of CERN and CNERN |
| Dataset composition | The dataset consists of the 22 radiation indices, including global radiation, reflection radiation, ultraviolet radiation. |
引 言
近几十年来，气候变化已成为不争的事实，辐射的变化已经成为国内外****关注的热点。辐射是陆地生态系统主要能量来源，大气运动的主要动力[1-2]，同时也是农作物、生态、水文、陆面等数学模型的重要参数[3-4]。此外，辐射是植物光合作用、植物蒸腾作用、土壤蒸发等过程的主要驱动因子[5]，影响森林生态系统净生态系统碳交换、生产力以及光能利用率[6-7]。因此，太阳辐射对生态学、水文学及气候研究具有重要的意义和价值。
贡嘎山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，作为全球气候变化和人类活动最为敏感区域之一，是研究高山生态系统生态环境的理想场所。目前关于贡嘎山的辐射数据公开发表比较完整的报道较少。因此，本数据集整理了1998–2018年贡嘎山1600 m气象观测场的辐射观测数据，包括总辐射总量月合计值、反射辐射总量月合计值、紫外辐射总量月合计值等22个指标。本数据集通过长期观测和资料的积累，对于太阳辐射长年代研究具有直接的气候意义，为高山森林生态系统碳收支和能量收支的研究提供数据支撑，为森林碳循环、水循环、能量循环的模拟和预测工作开展奠定基础。
1 ? 数据采集和处理方法
1.1 ? 数据来源
数据采集地为贡嘎山站1600 m气象观测场（25 m×30 m，29o38'59"N、102o06'55"E）。按照中国生态系统研究网络（CERN）陆地生态系统大气环境观测指标与规范的要求，建立气象观测场，对生态系统辐射要素开展长期观测工作。总辐射、反射辐射、光合有效辐射、净辐射和紫外辐射依次采用CM11总辐射表、CM6B反射辐射表、LI-190SZ光合有效辐射表、QMN101净辐射表、CUV3紫外辐射表仪器，距地面1.5 m处观测数据。1998–2004年使用上海长望气象科技有限公司的自动气象站采集辐射原始数据，2005–2018年芬兰VAISALA生产的MILOS520自动监测系统采集辐射原始数据。
1.2 ? 数据采集方法
每日北京时间00∶00时在MILOS520数据采集器中生成日数据文件，LOG文件以6位数码命名，例如050101.log，表示2005年1月1日的文件。观测数据每小时整点时刻在日文件中存储辐射数据一组，组名CMA_RAD。
用“生态气象工作站”报表处理程序对观测数据进行处理，填写（贡嘎山站参数、检验参数和传感参数），将观测数据自动生成辐射观测报表M，对日文件中的日观测数据进行初步检查和修正，完成数据质量审核，即可将M报表转换成规范辐射报表（简称A报表）。获得D3太阳辐射自动观测记录表，即各月逐日辐照总量（MJ/m2）；D4太阳辐射自动观测记录表，即各月逐日辐照度极值（W/m2）；D5太阳辐射自动观测记录表，即每日逐时辐照度（W/m2）和辐射总量（MJ/m2）。
辐射数据具体采集和处理方法：每10 s采测1次，每分钟采测6次辐照度（瞬时值），去除1个最大值和1个最小值后取平均值。正点（地方平均太阳时）00 min采集存储辐照度，同时计算存储曝辐量（累积值）。一月中辐射曝辐量日总量缺测9天或以下时，月平均日合计等于实有记录之和除以实有记录天数。缺测10天或以上时，该月不作月统计，按缺测处理[8-9]。
2 ? 数据样本描述
2.1 ? 数据库结构
本数据集包括代码、年、月以及总辐射总量月合计值、反射辐射总量月合计值、紫外辐射总量月合计值、净辐射总量月合计值等22个指标。数据集中出现的生态站名称与代码的对应关系如表1。
表1 ? 贡嘎山站辐射数据集
| 数据项 | 数据类型及小数位数 | 量纲 | 实例 |
|---|---|---|---|
| 年 | 整数型 | 2005 | |
| 月 | 整数型 | 1 | |
| 总辐射总量月合计值 | 浮点型，3 | MJ/m2 | 252.998 |
| 反射辐射总量月合计值 | 浮点型，3 | MJ/m2 | 95.692 |
| 紫外辐射总量月合计值 | 浮点型，3 | MJ/m2 | 9.553 |
| 净辐射总量月合计值 | 浮点型，3 | MJ/m2 | 35.424 |
| 光合有效辐射总量月合计值 | 浮点型，3 | mol/m2 | 405.199 |
| 日照小时数月合计值 | 整数型 | hour | 65 |
| 日照分钟数月合计值 | 整数型 | min | 59 |
| 总辐射日极值 | 整数型 | W/m2 | 1021 |
| 总辐射日极值出现日期 | 整数型 | 16 | |
| 总辐射日极值出现时间 | 时间型 | 12:17 | |
| 反射辐射日极值 | 浮点型，1 | W/m2 | 708.4 |
| 反射辐射日极值出现日期 | 整数型 | 12 | |
| 反射辐射日极值出现时间 | 时间型 | 11:46 | |
| 紫外辐射日极值 | 浮点型，1 | W/m2 | 38.9 |
| 紫外辐射日极值出现日期 | 整数型 | 28 | |
| 紫外辐射日极值出现时间 | 时间型 | 11:48 | |
| 净辐射日极值 | 浮点型，1 | W/m2 | 661.0 |
| 净辐射日极值出现日期 | 整数型 | 30 | |
| 净辐射日极值出现时间 | 时间型 | 13:37 | |
| 光合有效辐射日极值 | 浮点型，1 | μmol m-2 s-1 | 2005.4 |
| 光合有效辐射日极值出现日期 | 整数型 | 12 | |
| 光合有效辐射日极值出现时间 | 时间型 | 11:48 |
2.2 ? 数据缺失情况
贡嘎山站地方偏远，条件落后，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。2004年新安装了Vaisala公司自动气象站，2005年新增加的辐射要素包括：日照小时数月合计值、日照分钟数月合计值、总辐射日极值、总辐射日极值出现日期、总辐射日极值出现时间、反射辐射日极值、反射辐射日极值出现日期、反射辐射日极值出现时间、紫外辐射日极值、紫外辐射日极值出现日期、紫外辐射日极值出现时间、净辐射日极值、净辐射日极值出现日期、净辐射日极值出现时间、光合有效辐射日极值、光合有效辐射日极值出现日期、光合有效辐射日极值出现时间。
3 ? 数据质量控制和评估
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[9]。
数据监测员负责自动辐射气象站运行的日常维护，查看各要素传感器是否正常，保证自动辐射气象站设备处于正常连续的运行状态；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。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》[10]，气象数据具体质量控制和评估方法为[8-9]：
（1）总辐射最大值不能超过气候学界限值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；
（3）小时总辐射量大于等于小时净辐射、反射辐射和紫外辐射；除阴天、雨天和雪天外总辐射一般在中午前后出现极大值；
（4）小时总辐射累积值应小于同一地理位置大气层顶的辐射总量，小时总辐射累积值可以稍微大于同一地理位置在大气具有很大透过率和非常晴朗天空状态下的小时总辐射累积值，所有夜间观测的小时总辐射累积值小于0时用0代替；
（5）辐射曝辐量缺测数小时但不是全天缺测时，按实有记录作日合计，全天缺测时，不作日合计[8-9]。
4 ? 数据价值
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。本数据集可以作为青藏高原东缘（横断山区）贡嘎山高山生态系统辐射监测可靠背景资料，为全球变化下高山生态系统碳循环、水循环和能量循环的研究提供科学数据支撑。
5 ? 数据使用方法和建议
由于2004年更换仪器导致数据整体迁移，光合有效辐射总量的单位发生变化。2004年前测定光合辐射QPAR，单位为W/m2，2004年以后测定光合有效辐射UPAR，单位为μ mol m-2 s-1，两者之间的量子转换系数公式表示为UPAR=μ×QPAR，式中：μ通常取值为4.55[11-12]。
本数据集可通过Science Data Bank在线服务网址（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/1006）获取数据服务。如果想获取日或小时尺度数据等也可通过贡嘎山国家野外科学观测研究站网络（http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData）获取数据服务，登录首页点击“资源服务”下的数据服务，进入相应的页面下载。研究人员如需进一步了解与本数据集相关的其他观测数据也可通过该平台申请获取，或与本文作者联系。
致 谢
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。
[1]
SUN H W, ZHAO N, ZENG X F, et al. Study of solar radiation prediction and modeling of relationships between solar radiation and meteorological variables[J]. Energy conversion and management, 2015, 105: 880-890.
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[2]
CHEN J L, LI G S, WU S J. Assessing the potential of support vector machine for estimating daily solar radiation using sunshine duration[J]. Energy convers manage, 2013, 75: 311-318.
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[3]
黎微微, 胡斯勒图, 陈洪滨, 等. 利用MODIS资料计算不同云天条件下的地表太阳辐射[J]. 遥感技术与应用, 2017, 32(4): 643-650.
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[4]
WILD M, FOLINI D, HENSCHEL F, et al. Projections of long-term changes in solar radiation based on CMIP5climate models and their influence on energy yields of photovoltaic systems[J]. Solar Energy, 2015, 116: 12-14.
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[5]
ROBERTO R, RENZO R. Distributed estimation of incoming direct solar radiation over a drainage basin[J]. Journal of Hydrology, 1995, 166: 461-478.
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[6]
RUNNING S W, NEMANI R R, HEINSCH F A, et al., A continuous satellite-derived measure of global terrestrial primary production[J]. Bioscience, 2004, 54(6): 547-560.
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[7]
HILKER T, COOPS N C, WULDER M A, et al. The use of remote sensing in light use efficiency based models of gross primary production: A review of current status and future requirements[J]. Science of the Total Environment, 2008, 404(2-3): 411-423.
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[8]
刘佩伶, 张倩媚, 刘效东, 等. 2005–2018年鼎湖山森林生态系统定位研究站气象数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2020, 5(4).
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[9]
李猛, 胡波, 韩晓增，等. 2009–2018年中国科学院海伦农业生态实验站气象数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2020, 5(1).
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[10]
刘广仁. 生态系统大气环境观测规范[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 2007.
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[11]
周允华. 光合有效辐射(PAR)的测量[M]. 北京: 气象出版社, 1990: 3-14.
+?CSCD?·?Baidu Scholar
[12]
蒙继华, 吴炳方, 杜鑫, 等. 光合有效辐射(PAR)估算的研究进展[J]. 2011, 30(9): 1125-1134.
+?CSCD?·?Baidu Scholar
数据引用格式
杨阳, 王可琴, 胡兆永, 等. 1998–2018年中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站辐射数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2020. (2020-11-02). DOI: 10.11922/sciencedb.1006.
稿件与作者信息
论文引用格式
杨阳, 王可琴, 胡兆永, 等. 1998–2018年中国科学院贡嘎山高山生态系统观测试验站辐射数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2021, 6(1). (2020-11-10). DOI: 10.11922/csdata.2020.0045.zh.
杨阳Yang Yang
主要承担工作：数据整理、审核和数据论文撰写。
（1988—），女，四川广安人，硕士，工程师，研究方向为生态学，信息管理。
王可琴Wang Keqin
主要承担工作：数据采集和处理。
（1969—），女，四川泸定人，中专，工程师，研究方向为气象学。
胡兆永Hu Zhaoyong
主要承担工作：数据采集和处理、监测数据整合和质量控制。
（1987—），男，广西贵港人，博士，助理研究员，研究方向：生态水文学。
王根绪Wang Genxu
主要承担工作：数据质量评估和总体工作部署。
wanggx@imde.ac.cn
（1965—），男，甘肃天水人，博士，研究员，研究方向为生态水文学, 全球变化与高山生态系统响应。
