2013–2022 年云南麗江森林生物多樣性國家野外科學觀測研究站日氣象數據集

劉維暐，李金，范中玉，楊開業，明升平，許琨*，高連明,2*

1.中國科學院昆明植物研究所，云南麗江森林生物多樣性國家野外科學觀測研究站，云南麗江674100

2.中國科學院昆明植物研究所，中國科學院東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室，昆明650201

引 言

氣象數據是開展天氣預報、氣候預測和科學研究的基礎數據，在防災減災、應對氣候變化、履行國際義務、服務國民經濟各行業建設等方面具有重要的價值。中國西南山地是國際環保組織公布的全球36 個生物多樣性熱點地區之一，也是中國種子植物的三大特有中心之一，其范圍等同于橫斷山地區，西起青藏高原東緣，南與東喜馬拉雅接壤，向東延伸至云貴高原和川西高原[1]。受山體運動影響，區域內山峰高聳，峽谷深切，植被類型豐富多樣[2]。然而，我國市縣級的氣象觀測站點多設立于交通條件便利的城市周邊，山地林區內氣象觀測數據缺乏。在森林植被覆蓋區域開展長期定位氣象觀測，獲取局域尺度下的氣象數據，能夠精準分析氣候變化對森林生態系統及生物多樣性變化的影響，提高森林所在區域氣象災害預警的準確度。因此，在林區內開展長期定位氣象觀測，不僅是科學研究中不可或缺的基礎性背景數據，也是國家和地方應對氣候變化必須參考的重要數據資料。

云南麗江森林生物多樣性國家野外科學觀測研究站（以下簡稱“麗江站”）位于橫斷山區東南部、滇西北金沙江、瀾滄江和怒江三江并流的核心區域，地處青藏高原至云貴高原的過渡地帶。該地區位于南亞季風和東亞季風影響的交錯地帶，是中國原生生態系統保留最完好和全球溫帶生態系統最具代表性的地區之一，區位優勢明顯，在中國和世界生物多樣性監測布局中具有獨特的代表性[3-4]。麗江站隸屬于中國科學院昆明植物研究所，具有深厚的學科研究基礎和完備的科研配套設施。自建站以來，面向國際科學前沿和國家重大戰略需求，服務國家生態文明和“山水林田湖草”生命共同體建設戰略，圍繞生物多樣性形成演化和維持機制、生物多樣性與生態系統功能、生物多樣性保護與資源發掘利用等領域開展長期野外觀測和研究，為基礎氣象數據的擴展與應用提供了良好的觀測和研究平臺。

麗江站的氣象觀測數據能夠有效支撐區域森林生態系統結構、過程與功能的動態變化，生物多樣性形成演化和維持機制研究，亞高山森林生物多樣性與生態系統功能研究，重點保護物種生物多樣性監測、評估與保護，重要特色生物資源的收集、評價與創新利用等研究方向，并提供連續準確的背景數據。在全球氣候劇烈變化的大背景下，對于局域溫濕度調節、極端氣候削弱、水源涵養、以及碳中和等方面可以提供研究和預測的依據[5-6]。目前部分野外站發布的現有數據集[6-8]多為年、月尺度數據，或僅局限于氣象、輻射、土壤等單一觀測本底，價值有限。本數據集為日尺度數據，涵蓋氣象、輻射、土壤等多個方面，在時間尺度、數據連續性、數據精度、監測時間點密度等方面優勢突出，具有重要價值，可為相關領域開展科學研究提供完備的基礎性數據資料。

1 數據采集和處理方法

1.1 采集區域與采集點描述

麗江站距麗江市城區17 公里，坐落于距離赤道最近的溫帶海洋性冰川玉龍雪山南麓。麗江站年均溫8.66 ℃，年平均降水量1294.3 mm。最熱月為4 月～5 月，最高溫可達28.43 ℃，最冷月為12 月～次年1 月，最低溫可達-12.79 ℃。干濕季分明，降水多集中于6–9 月，占全年總降水量90%以上，雨熱不同期。麗江站綜合氣象觀測場建立于2011 年12 月，位于麗江站核心區林間空地，地處玉龍雪山南坡山麓，海拔3266 m，面積400 m2，周圍地貌特征為山地，坡度15 °左右，坡向東南，主要植被類型為暖溫性針葉林及硬葉闊葉林，代表物種為云南松（pinus yunnanensis）及帽斗櫟（quercus guyavifolia），氣象觀測場為地面標準氣象觀測場，距離林緣20 m，觀測場內參考周邊林地地表植被進行種植，于每年雨季后、冬季前進行修剪及清理。氣象觀測場主要布設的設備包括：自動氣象站、人工氣象站、自動蒸發站、空氣質量站、凍土監測設備、能見度儀等相關設備。

1.2 數據采集和處理方法

數據收集采用自動氣象站采集氣象監測數據，具體的傳感器型號及數據采集器型號詳見表1（所有數據均為數字型）。采樣頻率均為1 min，同時通過數采器編程輸出1 h 和1 d 的數據。所有數據按月導出并儲存于麗江站數據服務器內。2020 年11 月更換原數據采集器QML201 為CR1000X，并維持采樣頻率及數據表表頭定義不變。在日數據數采編程及計算過程中，空氣溫濕度取分鐘數據平均值，并同步計算最大值、最小值及出現時間；風速風向取分鐘數據平均值，并同步計算風速最大值、最大風速時風向及出現時間；表層土壤溫度取分鐘數據平均值，并同步計算最大值、最小值及出現時間，其余各層土壤溫度取分鐘數據平均值；降水、輻射及土壤熱通量取累計值[9]。

表1 麗江站綜合氣象觀測場采用儀器設備相關信息Table 1 The instrument information in the meteorological observation field of Lijiang Station

2 數據樣本描述

2.1 數據格式及容量

本數據儲存格式為xlsx 格式，包含了站基本信息，2013–2022 年麗江站綜合氣象觀測場大氣要素（空氣溫度（平均值、極值及出現時間）、空氣濕度（平均值、極值及出現時間）、降水、大氣壓、風速（平均值、極值及出現時間）、風向、輻射要素（總輻射、凈輻射、反射輻射、紫外輻射、光合有效輻射和日照時數））和土壤要素（分層土壤溫度0 cm、5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm、80 cm、160 cm、土壤熱通量）2 類氣象觀測日尺度數據。本數據集中的站基本信息包含1 條數據、9 個字段，氣象觀測要素包含3652 條數據、39 個字段。表2 列出了氣象數據表單所包含的具體字段內容、類型、量綱和實體數據示例。

表2 麗江站日尺度氣象指標數據集表單內容Table 2 The data definition in the dataset of daily meteorological observations of Lijiang Station

2.2 數據示例

以2020 年7 月22 日麗江站氣象要素數據表頭說明（表2），所有氣象要素均以數字型形式表示。

3 數據質量控制和評估

為滿足生態系統研究的需要，避免減少出現數據缺失和記錄異常的現象，麗江站工作人員對數據進行多方面的數據質量控制[6-9]，以便獲取高質量的氣象數據。表3 為氣象數據質量控制和評估方法。按照中國生態系統研究網絡（CERN）《陸地生態系統大氣環境觀測指標與規范》要求，空氣溫濕度傳感器、輻射傳感器、氣壓傳感器、日照時數傳感器由設備銷售方每2 年返回廠家進行校準，校準期間采用同型號備件替代觀測；風速風向傳感器、土壤溫度及土壤熱通量傳感器則待傳感器損壞后進行更換；降水量傳感器于每年雨季前按規范要求進行檢驗。

4 數據價值

生物多樣性表現在生命系統的各個組織水平，開展生態系統和生物多樣性觀測工作對森林生態系統結構、過程與功能的動態變化規律，生物多樣性功能、形成、維持與喪失機制、時間動態與空間格局的理論研究，以及生物多樣性的保護與持續利用的實踐均具有十分重要的作用[10]。麗江站作為森林生物多樣性國家野外科學觀測研究站，立足生物多樣性資源富集區域，進行長期定位觀測。觀測數據具有時間尺度長、數據連續性好、采樣點特征明顯、數據精度高、監測時間點密度高等諸多優點，可為相關領域開展科學研究提供完備的基礎性數據資料。

隨著全球氣候變化加強，生物多樣性保護力度逐步加大，長期、連續、定位、準確的區域森林氣象本底數據對研究植物物候特征變化、重點保護及珍稀瀕危物種瀕危機制研究，以及繁育對策建立、有害生物防控等方面具有重要作用[11]。同時，針對氣候的長期變化對森林結構、過程與功能動態變化的影響、森林生態系統對極端氣候的響應、氣候變化對動植物和微生物群落的影響、以及氣候變化對森林生態系統服務功能的影響等相關方面的研究，本數據集提供的氣象本底數據具有十分重要的應用價值[6]。

致 謝

感謝中國科學院昆明植物研究所陳智發和劉德團在設備安裝與運行維護、前期數據收集工作中做出的貢獻。

數據作者分工職責

劉維暐（1986—），男，甘肅省蘭州市人，碩士，工程師，研究方向為群落生態學、種子萌發生理。主要承擔工作：數據整理、分析與論文撰寫。

李金（1990—），男，云南省臨滄市人，碩士，工程師，研究方向為植物生態學。主要承擔工作：數據整理、分析與質量控制。

范中玉（1985—），男，云南省曲靖市人，碩士，工程師，研究方向為群落生態學、群落結構特征分析。主要承擔工作：數據整理和質量控制。

楊開業（1994—），男，云南省楚雄市人，碩士，助理工程師，研究方向為自然地理學，土壤溫室氣體監測。主要承擔工作：數據采集與處理。

明升平（1992—），男，陜西省安康市人，碩士，工程師，研究方向為植物分類學、植物多樣垂直分布格局。主要承擔工作：數據采集與處理。

許琨（1972—），男，云南省昆明市人，碩士，正高級工程師，研究方向為農學。主要承擔工作：數據管理與統籌。

高連明（1972—），男，河北人，博士，研究員，研究方向為植物多樣性形成演化與維持機制。主要承擔工作：項目組織與管理。