1990-2015 年亚洲区域典型陆地生态系统碳通量组分数据集

陈智，于贵瑞，朱先进，张雷明，王秋凤

1.中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室，北京 100101

2.中国科学院大学资源与环境学院，燕山地球关键带与地表通量观测研究站，北京 101408

3.沈阳农业大学农学院，沈阳 110161

引 言

生态系统总初级生产力、总呼吸和净生产力是生态系统尺度碳交换通量的三个重要组分，他们直接反映了生态系统的物质生产能力、固碳效应以及气候调节强度的生态系统功能[1]。研究表明，全球陆地生态系统的总初级生产力约为110-130 Pg C yr-1[2-4]，是全球人类活动的年碳排放量的10 倍[5]。精确的动态监测生态系统的碳交换通量组分成为碳循环与全球变化研究的核心任务和科学基础。

涡度协方差技术（Eddy Covariance Technique）能够连续有效地高频率测定生态系统冠层与大气间的碳交换通量[6-7]。1990 年，Wolfsy 等[8]首次将其应用于美国Harvard 森林的生态系统二氧化碳通量观测，从此开启了涡度协方差技术应用的新纪元。随后，涡度协方差技术在美洲和欧洲区域得到大力发展，相继在多种生态系统类型里开展连续的生态系统碳水交换通量观测。1993 年，在日本Takayama 试验站建立起亚洲区域首个通量观测站点[9]。随后，在韩国、中国、蒙古、马来西亚、泰国、印度尼西亚等国家相继展开生态系统通量观测研究。目前，在亚洲区域已建立110 余个在线注册的长期通量观测站点[10]。对于这些宝贵的实测数据的系统性整编，将有效促进对亚洲区域生态系统碳收支状况、地理格局和对全球变化响应的认知。

本研究拟通过对亚洲区域公开发表的文献资料的收集整理，构建亚洲区域典型陆地生态系统的碳通量组分观测数据集，并实现公开共享，以期为区域和全球的生态系统固碳效益评估、资源环境承载力评价、气候变化研究以及生物地球化学循环模型的优化等提供重要的数据支持。

1 数据采集和处理方式

1.1 数据来源

本研究收集了截至2020 年6 月，在亚洲区域开展的陆地生态系统碳通量观测研究的公开发表论文。首先，基于Web of Science 数据库（http://apps.webofknowledge.com），以“eddy covariance/ eddy correlation & carbon flux/ carbon exchange/ carbon budget/ gross primary production/ GPP/ net ecosystem production/ NEP/ net ecosystem exchange/ NEE & Asia”作为检索条件检索文献。其次，查阅亚洲通量网的观测站点列表[10]，根据站点名称再次检索，以“eddy covariance/ eddy correlation & carbon flux/ carbon exchange/ carbon budget/ gross primary production/ GPP/ net ecosystem production/ NEP/ net ecosystem exchange/ NEE & 站点名称”作为检索条件检索文献。最后，根据站点所属的国家名称进行补充检索，以“eddy covariance/ eddy correlation & carbon flux/ carbon exchange/ carbon budget/gross primary production/ GPP/ net ecosystem production/ NEP/ net ecosystem exchange/ NEE & 国家名（如Japan,Korea,Indonesia,etc.）”作为检索条件检索文献。

对于检索获取的文献通过以下标准逐一进行筛选：（1）正式发表的研究性论文；（2）碳通量统一采用涡度相关技术方法测定；（3）具有完整有效的年值观测数据，包括GPP、RE 和NEP；（4）进行了三维坐标旋转、Webb-Pearman-Leuning（WPL）校正、摩擦风速剔除、储存项校正等通量数据质量控制[11-14]；（5）具有明确的地理坐标、植被类型、观测起始时间和观测仪器设置等信息。通过以上标准筛选，共获取了亚洲区域45 个典型陆地生态系统的碳通量观测数据。涵盖了从热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、北方林和亚极地7 个气候区，隶属于日本、韩国、泰国、马来西亚、印度、印度尼西亚、越南、菲律宾、以色列、蒙古、俄罗斯，包括29 个森林生态系统、10 个草地生态系统、4 个农田生态系统和2 个湿地生态系统。

1.2 数据整理

对于筛选出的文献资料，采用Get Data Graph Digitizer 软件提取每篇文献的月尺度或年尺度的总初级生产力GPP、生态系统呼吸RE 和净生产力NEP 数据。对于只给出月观测值的站点，将月观测值进行加和计算年值；对于给出生长季和非生长季观测值的站点，将生长季和生长季的观测值进行加和计算年值；对于报道多年观测值的站点，逐一提取每一年的年总初级生产力、生态系统呼吸和净生产力。其次，对于提取的年总初级生产力、生态系统呼吸和净生产力数据进行统一单位换算，将g CO2m-2yr-1、kg C m-2yr-1、kg CO2m-2yr-1的观测数据统一转化为g C m-2yr-1。最后对提取的多年观测值进行算术平均，求算每个站点的多年平均总初级生产力、生态系统呼吸和净生产力[15]。

同时，提取每个观测站点的地理位置、气候类型、生态系统类型、植被类型和观测时间等信息。地理位置统一提取通量观测塔所在的经纬度和海拔高度。对于缺失地理位置信息的站点或位置不清（如仅给出经纬度区间）的站点，再基于观测站点名称进一步查阅相关资料进行补充。此外，提取每个观测站点观测期间的年均气温和年总降水量等气候因子指标。气象数据缺失的站点，首先基于观测站点名称进一步查阅相关文献资料进行补充。其次采用其观测期间临近气象站点的数据进行插补。插补数据统一来自全球地表气象数据（ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/gsod/）。具体数据处理流程如图1 所示。

图1 数据处理流程图

2 数据样本描述

本数据集共包含了来自亚洲区域的45 个典型生态系统的总初级生产力、生态系统呼吸和净生产力的1990-2015 年的观测数据。数据集的观测列表依次为序号、站点名称、所属国家、气候类型、纬度、经度、海拔、生态系统类型、植被类型、森林类别、年均气温、年均总降水量、观测年份、净生态系统生产力、总初级生产力、生态系统呼吸和文献出处（表1）。

表1 亚洲区域陆地生态系统碳通量组分数据集列表项及单位说明

3 数据质量控制与评估

本数据集来源于公开发表的文献。对于收集的文献数据，从数据库选择、关键词检索、文献筛选、数据提取和统计整理各个过程都对数据质量进行了控制[15]。

文献筛选的质量控制：基于Web of Science 权威的文献数据库进行检索，保证了文献来源的质量；限定在正式发表的研究性论文，排除了非正式的会议摘要或会议论文，保证了数据结果的认可度；锁定以“涡度相关技术”作为关键词进行检索，排除了不同观测方法的影响，保证了数据采集方法的一致性与结果的可比性；对获取的检索文献又通过以下标准进行筛选：必须进行了三维坐标旋转、WPL 校正、储存项校正、异常值剔除等通量数据质量控制过程，并且要求必须完整的1 年以上连续有效数据，保证了原始数据的准确性。

数据提取和整理的质量控制：对提取的数据进行单位统一转化；统一基于算术平均算法求算各观测点的多年平均总初级生产力、生态系统呼吸和净生产力；对于缺失的气象数据，则统一采用全球地表气象数据库里同一观测期间临近气象站点的气象数据进行插补，保证了数据处理的一致性。

数据审核：整理完毕的数据集，先由数据整理者逐一查阅每篇文献原始出处核对提取的数据，再由多名数据整理者随机交叉抽取文献进行复查和检验，最后交付给评审专家进行最终的审核和修订，保证数据集的正确和可靠[15]。

数据质量评估：本研究收集的碳通量组分数据仍存在一定程度的不确定性，主要来自于以下两个方面[15]：（1）涡度相关技术测定误差。由于复杂地形、大气稳定性、数据采集频率响应、夜间泄流等影响，使测定结果存在一定的系统误差[16]。（2）数据统计分析误差。由于地形地貌、植被类型和数据缺失程度的不同，每个站点采用不同的数据校正和插补方法，给分析结果引入了一定的系统误差。目前缺失数据的插补主要采用有平均日变化法、查表法和非线性回归法。研究结果表明，这3种不同的插补方法获取的插补结果无显著差异，对年总NEE 的影响在± 25 gCm-2yr-1的范围内[17]。

4 数据使用方法和建议

建立的亚洲区域典型陆地生态系统碳通量组分数据集，是国内最新的覆盖整个亚洲区域的生态系统尺度碳通量的文献整合数据集。本数据集涵盖了亚洲区域45 个典型陆地生态系统的生产力和呼吸速率特征值，这一数据集可为亚洲区域的生态系统固碳效益评估、碳循环对全球变化响应研究以及区域碳循环模型的优化提供重要的数据支持。

关于本数据集的质量控制和处理方法的相关信息可参考文献[15,18]。

需要使用本数据集的读者，可以登录国家生态系统观测研究网络数据资源服务网站（http://www.cnern.org.cn）。登录系统后，在首页点击“数据论文数据”图表或在“数据资源”栏目选择“数据论文数据”，进入相应页面下载数据。用户也可以登录 Science Data Bank（http://www.dx.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00242）查询相关信息。

致 谢

感谢本数据集中每位数据观测者、管理者和分析者的辛苦工作！感谢亚洲通量网和中国通量网的技术支持！

作者分工职责

陈智（1986—），女，博士，副研究员，主要研究方向为生态系统碳循环与全球变化。主要承担工作：文献数据收集、数据整理与质量控制、论文撰写。

于贵瑞（1959—），男，博士，院士，研究方向为生态系统生态学、全球变化与碳氮水循环。主要承担工作：总体方案设计、论文修改。

朱先进（1985—），男，博士，副教授，研究方向为全球变化与碳水循环。主要承担工作：文献数据收集、论文修改。

张雷明（1974—），男，博士，副研究员，研究方向为全球变化与碳水循环。主要承担工作：数据质量控制、论文修改。

王秋凤（1973—），女，博士，研究员，研究方向为全球变化与碳氮水循环。主要承担工作：论文的修改。