2013–2022 年云南丽江森林生物多样性国家野外科学观测研究站日气象数据集

刘维暐，李金，范中玉，杨开业，明升平，许琨*，高连明,2*

1.中国科学院昆明植物研究所，云南丽江森林生物多样性国家野外科学观测研究站，云南丽江674100

2.中国科学院昆明植物研究所，中国科学院东亚植物多样性与生物地理学重点实验室，昆明650201

引 言

气象数据是开展天气预报、气候预测和科学研究的基础数据，在防灾减灾、应对气候变化、履行国际义务、服务国民经济各行业建设等方面具有重要的价值。中国西南山地是国际环保组织公布的全球36 个生物多样性热点地区之一，也是中国种子植物的三大特有中心之一，其范围等同于横断山地区，西起青藏高原东缘，南与东喜马拉雅接壤，向东延伸至云贵高原和川西高原[1]。受山体运动影响，区域内山峰高耸，峡谷深切，植被类型丰富多样[2]。然而，我国市县级的气象观测站点多设立于交通条件便利的城市周边，山地林区内气象观测数据缺乏。在森林植被覆盖区域开展长期定位气象观测，获取局域尺度下的气象数据，能够精准分析气候变化对森林生态系统及生物多样性变化的影响，提高森林所在区域气象灾害预警的准确度。因此，在林区内开展长期定位气象观测，不仅是科学研究中不可或缺的基础性背景数据，也是国家和地方应对气候变化必须参考的重要数据资料。

云南丽江森林生物多样性国家野外科学观测研究站（以下简称“丽江站”）位于横断山区东南部、滇西北金沙江、澜沧江和怒江三江并流的核心区域，地处青藏高原至云贵高原的过渡地带。该地区位于南亚季风和东亚季风影响的交错地带，是中国原生生态系统保留最完好和全球温带生态系统最具代表性的地区之一，区位优势明显，在中国和世界生物多样性监测布局中具有独特的代表性[3-4]。丽江站隶属于中国科学院昆明植物研究所，具有深厚的学科研究基础和完备的科研配套设施。自建站以来，面向国际科学前沿和国家重大战略需求，服务国家生态文明和“山水林田湖草”生命共同体建设战略，围绕生物多样性形成演化和维持机制、生物多样性与生态系统功能、生物多样性保护与资源发掘利用等领域开展长期野外观测和研究，为基础气象数据的扩展与应用提供了良好的观测和研究平台。

丽江站的气象观测数据能够有效支撑区域森林生态系统结构、过程与功能的动态变化，生物多样性形成演化和维持机制研究，亚高山森林生物多样性与生态系统功能研究，重点保护物种生物多样性监测、评估与保护，重要特色生物资源的收集、评价与创新利用等研究方向，并提供连续准确的背景数据。在全球气候剧烈变化的大背景下，对于局域温湿度调节、极端气候削弱、水源涵养、以及碳中和等方面可以提供研究和预测的依据[5-6]。目前部分野外站发布的现有数据集[6-8]多为年、月尺度数据，或仅局限于气象、辐射、土壤等单一观测本底，价值有限。本数据集为日尺度数据，涵盖气象、辐射、土壤等多个方面，在时间尺度、数据连续性、数据精度、监测时间点密度等方面优势突出，具有重要价值，可为相关领域开展科学研究提供完备的基础性数据资料。

1 数据采集和处理方法

1.1 采集区域与采集点描述

丽江站距丽江市城区17 公里，坐落于距离赤道最近的温带海洋性冰川玉龙雪山南麓。丽江站年均温8.66 ℃，年平均降水量1294.3 mm。最热月为4 月～5 月，最高温可达28.43 ℃，最冷月为12 月～次年1 月，最低温可达-12.79 ℃。干湿季分明，降水多集中于6–9 月，占全年总降水量90%以上，雨热不同期。丽江站综合气象观测场建立于2011 年12 月，位于丽江站核心区林间空地，地处玉龙雪山南坡山麓，海拔3266 m，面积400 m2，周围地貌特征为山地，坡度15 °左右，坡向东南，主要植被类型为暖温性针叶林及硬叶阔叶林，代表物种为云南松（pinus yunnanensis）及帽斗栎（quercus guyavifolia），气象观测场为地面标准气象观测场，距离林缘20 m，观测场内参考周边林地地表植被进行种植，于每年雨季后、冬季前进行修剪及清理。气象观测场主要布设的设备包括：自动气象站、人工气象站、自动蒸发站、空气质量站、冻土监测设备、能见度仪等相关设备。

1.2 数据采集和处理方法

数据收集采用自动气象站采集气象监测数据，具体的传感器型号及数据采集器型号详见表1（所有数据均为数字型）。采样频率均为1 min，同时通过数采器编程输出1 h 和1 d 的数据。所有数据按月导出并储存于丽江站数据服务器内。2020 年11 月更换原数据采集器QML201 为CR1000X，并维持采样频率及数据表表头定义不变。在日数据数采编程及计算过程中，空气温湿度取分钟数据平均值，并同步计算最大值、最小值及出现时间；风速风向取分钟数据平均值，并同步计算风速最大值、最大风速时风向及出现时间；表层土壤温度取分钟数据平均值，并同步计算最大值、最小值及出现时间，其余各层土壤温度取分钟数据平均值；降水、辐射及土壤热通量取累计值[9]。

表1 丽江站综合气象观测场采用仪器设备相关信息Table 1 The instrument information in the meteorological observation field of Lijiang Station

2 数据样本描述

2.1 数据格式及容量

本数据储存格式为xlsx 格式，包含了站基本信息，2013–2022 年丽江站综合气象观测场大气要素（空气温度（平均值、极值及出现时间）、空气湿度（平均值、极值及出现时间）、降水、大气压、风速（平均值、极值及出现时间）、风向、辐射要素（总辐射、净辐射、反射辐射、紫外辐射、光合有效辐射和日照时数））和土壤要素（分层土壤温度0 cm、5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm、80 cm、160 cm、土壤热通量）2 类气象观测日尺度数据。本数据集中的站基本信息包含1 条数据、9 个字段，气象观测要素包含3652 条数据、39 个字段。表2 列出了气象数据表单所包含的具体字段内容、类型、量纲和实体数据示例。

表2 丽江站日尺度气象指标数据集表单内容Table 2 The data definition in the dataset of daily meteorological observations of Lijiang Station

2.2 数据示例

以2020 年7 月22 日丽江站气象要素数据表头说明（表2），所有气象要素均以数字型形式表示。

3 数据质量控制和评估

为满足生态系统研究的需要，避免减少出现数据缺失和记录异常的现象，丽江站工作人员对数据进行多方面的数据质量控制[6-9]，以便获取高质量的气象数据。表3 为气象数据质量控制和评估方法。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》要求，空气温湿度传感器、辐射传感器、气压传感器、日照时数传感器由设备销售方每2 年返回厂家进行校准，校准期间采用同型号备件替代观测；风速风向传感器、土壤温度及土壤热通量传感器则待传感器损坏后进行更换；降水量传感器于每年雨季前按规范要求进行检验。

4 数据价值

生物多样性表现在生命系统的各个组织水平，开展生态系统和生物多样性观测工作对森林生态系统结构、过程与功能的动态变化规律，生物多样性功能、形成、维持与丧失机制、时间动态与空间格局的理论研究，以及生物多样性的保护与持续利用的实践均具有十分重要的作用[10]。丽江站作为森林生物多样性国家野外科学观测研究站，立足生物多样性资源富集区域，进行长期定位观测。观测数据具有时间尺度长、数据连续性好、采样点特征明显、数据精度高、监测时间点密度高等诸多优点，可为相关领域开展科学研究提供完备的基础性数据资料。

随着全球气候变化加强，生物多样性保护力度逐步加大，长期、连续、定位、准确的区域森林气象本底数据对研究植物物候特征变化、重点保护及珍稀濒危物种濒危机制研究，以及繁育对策建立、有害生物防控等方面具有重要作用[11]。同时，针对气候的长期变化对森林结构、过程与功能动态变化的影响、森林生态系统对极端气候的响应、气候变化对动植物和微生物群落的影响、以及气候变化对森林生态系统服务功能的影响等相关方面的研究，本数据集提供的气象本底数据具有十分重要的应用价值[6]。

致 谢

感谢中国科学院昆明植物研究所陈智发和刘德团在设备安装与运行维护、前期数据收集工作中做出的贡献。

数据作者分工职责

刘维暐（1986—），男，甘肃省兰州市人，硕士，工程师，研究方向为群落生态学、种子萌发生理。主要承担工作：数据整理、分析与论文撰写。

李金（1990—），男，云南省临沧市人，硕士，工程师，研究方向为植物生态学。主要承担工作：数据整理、分析与质量控制。

范中玉（1985—），男，云南省曲靖市人，硕士，工程师，研究方向为群落生态学、群落结构特征分析。主要承担工作：数据整理和质量控制。

杨开业（1994—），男，云南省楚雄市人，硕士，助理工程师，研究方向为自然地理学，土壤温室气体监测。主要承担工作：数据采集与处理。

明升平（1992—），男，陕西省安康市人，硕士，工程师，研究方向为植物分类学、植物多样垂直分布格局。主要承担工作：数据采集与处理。

许琨（1972—），男，云南省昆明市人，硕士，正高级工程师，研究方向为农学。主要承担工作：数据管理与统筹。

高连明（1972—），男，河北人，博士，研究员，研究方向为植物多样性形成演化与维持机制。主要承担工作：项目组织与管理。