楊陽，王可琴，胡兆永，王根緒*

1. 中國科學院、水利部成都山地災害與環(huán)境研究所，成都 610041

2. 中國科學院貢嘎山高山生態(tài)系統(tǒng)觀測試驗站，四川甘孜州磨西 626199

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱 1998–2018年中國科學院貢嘎山高山生態(tài)系統(tǒng)觀測試驗站氣象數據集 數據作者 楊陽、王可琴、胡兆永、王根緒 數據通信作者 王根緒（lwanggx@imde.ac.cn） 數據時間范圍 1998–2018年 地理區(qū)域 中國生態(tài)系統(tǒng)研究網絡（CERN）貢嘎山高山生態(tài)系統(tǒng)觀測實驗站、貢嘎山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測站，位于四川省甘孜州磨西貢嘎山。本數據集來自貢嘎山1600 m（29o38'59"N，102o06'55"E）和3000 m（29o34'34"N，101o59'54"E）的氣象觀測場。 數據量 301 KB 數據格式 *.xlsx 數據服務系統(tǒng)網址 基金項目 http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/945 http://ggf.cern.ac.cn/meta/metaData 中國生態(tài)系統(tǒng)觀測研究網絡野外臺站運行服務費；科技部國家野外科學觀測研究站運行服務費。 數據庫（集）組成 本數據集是自動氣象觀測數據集，由19個氣象觀測數據要素組成，包括氣壓、水汽壓、海平面氣壓、氣溫、露點溫度、相對濕度、降水、風速、10分鐘平均風速、2分鐘平均風速、小時極大風速、地表溫度、5 cm土壤溫度、10 cm土壤溫度、15 cm土壤溫度、20 cm土壤溫度、40 cm土壤溫度、60 cm土壤溫度、100 cm土壤溫度。

引 言

中國科學院貢嘎山高山生態(tài)系統(tǒng)觀測試驗站（簡稱貢嘎山站）主要由磨西基地站（海拔1600 m）、亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)觀測站（海拔3000 m）和成都分析測試中心組成，是一個以高山生態(tài)系統(tǒng)為對象，集山地水文、氣象、冰川、森林生態(tài)和土壤等為一體的綜合性實驗研究基地，擁有較完善的山地垂直植被帶譜多層次生態(tài)系統(tǒng)變化、氣候帶譜變化和海洋性冰川變化的觀測研究體系。1991 年進入中國生態(tài)系統(tǒng)研究網絡（CERN），2005 年正式被遴選為首批國家野外科學研究站。貢嘎山位于青藏高原的東南緣，橫斷山脈中部，主峰海拔7556 m，屬于亞熱帶溫暖濕潤季風區(qū)與青藏高原東部高原溫帶半濕潤區(qū)的過渡帶上，年平均氣溫4℃，年均空氣相對濕度90%左右，年平均降水量1861 mm，主要集中在5–10 月。

由于人類活動導致全球氣候變化[1]，學界已經廣泛開展關于氣候變化、發(fā)展趨勢和森林生態(tài)系統(tǒng)響應等方面的研究[2-3]。地面氣象資料作為氣候變化基礎數據，對全球變化的研究和極端氣候事件具有監(jiān)測能力。目前關于貢嘎山2 個氣象站數據公開發(fā)表比較完整的報道較少，特別未見貢嘎山站2個氣象站的多個氣象要素按時間序列的公開報道。因此，本數據集整理了1998–2018 年貢嘎山1600 m 和3000 m 氣象站的氣壓、水汽壓、海平面氣壓、氣溫、露點溫度、相對濕度、降水、風速、10 分鐘平均風速、2 分鐘平均風速、小時極大風速、地表溫度、5 cm 土壤溫度、10 cm 土壤溫度、15 cm土壤溫度、20 cm 土壤溫度、40 cm 土壤溫度、60 cm 土壤溫度、100 cm 土壤溫度19 個氣象要素120個指標。本數據集通過長期觀測，資料的積累和研究，為亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境條件變化的響應與適應規(guī)律及其山地環(huán)境效應提供理論基礎，為全球變化研究提供服務。

1 數據采集和處理方法

本數據集包括1998–2018 年數據，采集地為貢嘎山站1600 m 氣象觀測場（25m×30m，29o38'59"N、102o06'55"E）和3000 m 氣象觀測場（25m×25m，29o34'34"N、101o59'54"E），氣象觀測場四周設置1.2 m 高的稀疏圍欄；觀測場內場地平整，保持有均勻草層，草高不超過20 cm；場內鋪設了觀測人員可行走的不超過0.5 m 寬的石子小路；四周圍欄稀疏、場內無雜物、氣流暢通。有積雪時，保持場地積雪的自然狀態(tài)。

觀測場內儀器的布置互不影響，便于操作。由南到北儀器安置高度是從低到高，南端地溫，北端風向、風速，東西排列成行。儀器距圍欄的距離不小于3 m，儀器之間南北間距離不小于4 m，東西間距離不小于4 m。觀測場門安置在北面，儀器安置在小路南側，觀測員從北面接近儀器觀測（見圖1）。1998–2005 年使用上海長望氣象科技有限公司的自動氣象站采集數據；2004 年10 月1600 m和3000 m 氣象場新安裝了Vaisala 公司Milos520 自動氣象站，舊系統(tǒng)于2005 年末停止使用；2015年3000 m 氣象場安裝了MAWS 自動氣象站采集數據。

用“生態(tài)氣象工作站”報表處理程序對觀測數據進行處理，具體操作流程為：將觀測數據自動生成氣象觀測報表M；原始觀測數據檢查；Milos520 原始數據錯誤成分處理；M 報表進行數據檢驗；M 報表進行靈敏度轉換；M 報表進行質量審核和日統(tǒng)計處理工作；把M 報表轉換成氣象規(guī)范A 報表；在A 報表中進行旬、月的各要素統(tǒng)計處理，A 報表完成并達到了觀測規(guī)范的要求，數據處理完成，得出本數據集。根據《地面氣象觀測規(guī)范》[4]，氣象數據具體采集和處理方法見表1。

圖1 貢嘎山站氣象要素觀測場

表1 氣象數據具體采集和處理方法

氣象要素 觀測頻度 方法 單位格式 觀測層次 開始時間 高（大）、最低（?。┲抵刑羧?，并記其出現日期。 露點溫度 相對濕度 6 次/1 分鐘，1 次/1 小時 6 次/1 分鐘，1 次/1 小時 露點溫度采用HMP45D 溫度傳感器觀測。去除1 個最大值和1 個最小值后取平均值，作為每分鐘的氣溫值存儲。存儲整點小時數據。極大、極小露點溫度的月極值及出現日期，分別從逐日最高（大）、最低（小）值中挑取，并記其出現日期。 相對濕度采用HMP45D 溫度傳感器觀測。去除一個最大值和一個最小值后取平均值，作為每分鐘的濕度值存儲。存儲整點小時數據，小時最小（低）濕度和出現時間。極小相對濕度的月極值及出現日期，分別從逐日的最小值中挑取，并記其出現日期。 ℃，取小數1 位 %，取整數 距離地面1.5 m 距離地面1.5 m 2005 年 1998 年 降水 1 次/1 小時 降水采用RG13H 型雨量計觀測降水，每分鐘計算出。存儲時降水量，累計日降水總量，小時最高（大）降水。極大降水的月極值及出現日期，分別從逐日的最高（大）值中挑取，并記其出現日期。 mm，取小數1 位 距地面70 cm 1998 年 10 分鐘平均風速、2分鐘平均風速、小時極大風速 6 次/1 分鐘，1 次/1 小時 風速風向采用 WAA151 或者WAC151 風速傳感器觀測，存儲2 分鐘平均風速、10 分鐘平均風速，小時極大風速整點小時數據。最大風速和極大風速的月極值及其風向、出現日期和時間，分別從逐日的日極值中挑取，并記其出現日期和時間。 m/s，取小數1 位（ 風速）；°，取整數（ 風向） 10 m 風桿 1998 年 地表溫度 6 次/1 分鐘，1 次/1 小時 地表溫度采用QMT110地溫傳感器采集。去除1 個最大值和1 個最小值后取平均值，作為每分鐘的地表溫度值存儲。存儲整點小時數據，小時最高最低地表溫度和出現時間。極大、極小地表溫度的月極值及出現日期，分別從逐日最高（大）、最低（?。┲怠?，取小數1 位 地表面0 cm處 1998 年

2 數據樣本描述

2.1 數據庫結構

本數據集包括代碼、年、月以及氣壓、水汽壓、海平面氣壓、氣溫、露點溫度、相對濕度、降水、風速、10 分鐘平均風速、2 分鐘平均風速、小時極大風速、地表溫度、5 cm 土壤溫度、10 cm 土壤溫度、15 cm 土壤溫度、20 cm 土壤溫度、40 cm 土壤溫度、60 cm 土壤溫度、100 cm 土壤溫度19個氣象要素120 個指標（具體見表2）。

表2 氣象數據表組成

氣象要素 氣象指標 范圍 10 分鐘平均風速 2 分鐘平均風速 月平均風速、月最多風向、最大風速、最大風風向、最大風出現日期、最大風出現時間 月平均風速、月最多風向、最大風速、最大風風向、最大風出現日期、最大風出現時間 1998–2018 2005–2018 小時極大風速 月極大風速、月極大風風向、月極大風出現日期、月極大風出現時間 2005–2018 地表溫度 5 cm 土壤溫度 10 cm 土壤溫度 15 cm 土壤溫度 20 cm 土壤溫度 40 cm 土壤溫度 60 cm 土壤溫度 100 cm 土壤溫度 日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期 日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期 日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期 日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期 日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期 日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期 日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期 日平均值月平均、日最大值月平均、日最小值月平均、月極大值、極大值日期、月極小值、極小值日期 1998–2018 2005–2018 2005–2018 2005–2018 2005–2018 2005–2018 2005–2018 2005–2018

2.2 數據缺失情況

貢嘎山站地處高海拔，地方偏遠，條件落后，加之山體滑坡，經常停電會導致數據缺失，有時其他不明原因導致出現亂碼，或提取其他日期數據會導致缺失部分數據。但1998–2018 年貢嘎山站氣象數據完整率仍在97%以上。2004 年新安裝了Vaisala 公司自動氣象站，2005 年新增的氣象要素包括：水氣壓、海平面氣壓、露點溫度、10 分鐘平均風速、2 分鐘平均風速、小時極大風、5 cm 土壤溫度、10 cm 土壤溫度、15 cm 土壤溫度、20 cm 土壤溫度、40 cm 土壤溫度、60 cm 土壤溫度、100 cm 土壤溫度，因此1998–2004 年這幾個氣象要素數據缺失。

3 數據質量控制和評估

本數據集采取四級控制：第一級要求數據監(jiān)測員嚴格按操作規(guī)程采集和處理數據；數據監(jiān)測人員提交上來的數據經專業(yè)負責人（CERN 大氣分中心質量控制）審核，此為第二級控制；CERN 氣象分中心采用大氣監(jiān)測數據質量控制軟件校驗數據后，反饋報告給專家（臺站負責人）最終審核和修訂，此為第三級控制；數據入庫前由質量總控制人（數據庫管理員）審核，此為第四級控制。且數據庫管理人員負責該站自動數據原始資料、紙質資料、報表資料的保管歸案工作，對原始數據及報表數據進行入庫和備份。

在更換新的自動氣象站時，對新舊型自動氣象站的氣壓、氣溫、相對濕度、降水資料進行了一致率和粗差率分析，都達到中國氣象局監(jiān)測網絡《第二代自動氣象站功能規(guī)格書》[5]的規(guī)范要求，新系統(tǒng)儀器出現數據異常的概率比較小。作為自動氣象觀測的補充和檢驗，人工氣象觀測也同時進行。數據監(jiān)測員負責自動氣象站運行的日常維護，查看各要素傳感器是否正常，雨量傳感器的漏斗有無堵塞，風向、風速傳感器是否轉動靈活等，保證自動氣象站設備處于正常連續(xù)的運行狀態(tài)，在正點前約10 分鐘查看計算機顯示的實時觀測數據是否正常；定期檢查維護各要素傳感器；每月定期檢查各電纜是否有破損，各接線處是否有松動現象；每月檢查供電設施，保證供電安全；為防止意外事故導致數據丟失和及時發(fā)現數據問題，定期下載數據。以確保提交給CERN 大氣分中心的數據真實、準確、可靠。

3.1 數據初步質量控制

原始數據的異常值或者錯誤值不僅會導致產生錯誤的月值和年值，而且會影響后續(xù)的趨勢分析。采用“生態(tài)氣象工作站”軟件，根據檢驗參數，矯正各站點氣象原始數據，檢查是否存在不符合邏輯的異常值。如1 月1600 m 溫度檢驗參數范圍為?6～22℃，相對濕度為10%～100%，氣壓為720～900 hPa，地表溫度為?10～45℃；2 月溫度檢驗參數范圍為?6～30℃，相對濕度為8%～100%，氣壓為720～900hPa，地表溫度為?10～50℃。

3.2 數據具體質量控制

在制作氣象數據月報表時，利用報表處理程序對月報表中的數據進行自動檢驗，完成對數據文件的錯誤檢查。根據CERN《生態(tài)系統(tǒng)大氣環(huán)境觀測規(guī)范》[6]，氣象數據具體質量控制和評估方法為：（1）某一定時氣壓、氣溫、相對濕度、地表溫度、土壤溫度缺測時，用前、后兩定時數據內插求得，按正常數據統(tǒng)計，若連續(xù)兩個或以上定時數據缺測時，不能內插，仍按缺測處理；（2）氣壓、氣溫、相對濕度、地表溫度、土壤溫度、風速數據一日中若24 次定時觀測記錄有缺測時，該日按照02、08、14、20 時4 次定時記錄做日平均；若4 次定時記錄缺測一次或以上，但該日各定時記錄缺測5次或以下時，按實有記錄作日統(tǒng)計；缺測6 次或以上時，不做日平均；用質控后的日均值合計值除以日數獲得月平均值。日平均值缺測6 次或者以上時，不做月統(tǒng)計。（3）一日中各時降水量缺測數小時但不是全天缺測時，按實有記錄做日合計。全天缺測時，不做日合計，按缺測處理。

4 數據價值

貢嘎山站是國家野外科學觀測研究站和CERN 成員站，擁有較完善的山地垂直植被帶譜多層次生態(tài)系統(tǒng)。本數據集作為可靠背景資料，為該區(qū)域的研究提供科學數據支撐，也可為氣候變化提供參考。項目組基于本數據集已發(fā)表SCI 論文1 篇[7]，基于本數據集作為論文或學位論文背景資料，每年科研人員和研究生索取達30 次以上。兩個氣象站觀測數據使用方法：在海拔3000 m 森林附近的科研工作，使用3000 m 氣象站數據；在海拔1600 m 農田附近的科研工作，使用1600 m 氣象站數據。本數據集只包括月尺度數據，今后我們將會繼續(xù)報道日或小時尺度數據，使我站的監(jiān)測和研究獲得更好的社會效益。

致 謝

感謝CERN 大氣分中心領導和老師的指導和支持，尤其是劉廣仁和胡波老師在數據質控和傳感器標定方面的貢獻，感謝貢嘎山站的劉巧、劉明德、陳斌如、蘭全、劉發(fā)明和劉發(fā)蓉在數據采集工作中的付出。

數據作者分工職責

楊陽（1988—），女，四川廣安人，碩士，工程師，研究方向為生態(tài)學，信息管理。主要承擔工作：數據整理、審核和數據論文撰寫。

王可琴（1969—），女，四川瀘定人，中專，工程師，研究方向為氣象學。主要承擔工作：數據采集和處理。

胡兆永（1987—），男，廣西貴港人，博士，助理研究員，研究方向：生態(tài)水文學。主要承擔工作：數據采集和處理、監(jiān)測數據整合和質量控制。

王根緒（1965—），男，甘肅天水人，博士，研究員，研究方向為生態(tài)水文學、全球變化與高山生態(tài)系統(tǒng)響應。主要承擔工作：數據質量評估和總體工作部署。