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    中國通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)(ChinaFLUX)專題 II 區(qū)論文(已發(fā)表) ? 版本 ZH3 Vol 6 (2) 2021
    下載
    2003–2010年禹城冬小麥夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳水通量觀測數(shù)據(jù)集
    A carbon and water fluxes dataset of the farmland ecosystem of winter wheat and summer maize in Yucheng (2003–2010)
    ?>>
    : 2020 - 05 - 18
    : 2021 - 06 - 08
    : 2021 - 03 - 18
    : 2021 - 06 - 30
    6567 164 0
    摘要&關(guān)鍵詞
    摘要:中國科學(xué)院禹城綜合試驗站(簡稱禹城站)地處黃河下游灌區(qū),是華北平原冬小麥夏玉米復(fù)種灌溉農(nóng)田的典型代表。禹城站是中國最早開展碳水通量長期觀測的農(nóng)田站之一。本數(shù)據(jù)集為禹城站冬小麥夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)2003–2010年通量觀測數(shù)據(jù),基于ChinaFLUX數(shù)據(jù)處理體系形成了標(biāo)準(zhǔn)化的生態(tài)系統(tǒng)碳水通量和關(guān)鍵氣象要素數(shù)據(jù)集。本數(shù)據(jù)集對研究華北農(nóng)田生產(chǎn)力、耗水量等重要參數(shù),以及準(zhǔn)確評價華北冬小麥夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳水通量在區(qū)域碳水循環(huán)中的地位和作用具有重要意義。
    關(guān)鍵詞:渦度相關(guān);農(nóng)田生產(chǎn)力;耗水量;碳通量;水通量
    Abstract & Keywords
    Abstract:?Yucheng Comprehensive Experimental Station (YCES) is located in the lower Yellow River irrigation district, where the double cropping system of winter wheat and summer maize is the dominant pattern. YCES is one of the oldest flux stations in China. This dataset collects the observed ecosystem carbon and water flux data from 2003 to 2010 in YCES. A standardized dataset of ecosystem carbon water fluxes and key meteorological elements were processed based on the data processing system of ChinaFLUX. This dataset is of great significance for studying important parameters such as farmland productivity and water consumption in North China, as well as for accurately evaluating the status and role of carbon-water fluxes of the farmland system of winter wheat and summer maize in the regional carbon-water cycle.
    Keywords:?eddy covariance;?farmland productivity;?water use;?carbon flux;?water flux
    數(shù)據(jù)庫(集)基本信息簡介
    數(shù)據(jù)庫(集)名稱2003–2010年禹城冬小麥夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳水通量觀測數(shù)據(jù)集
    數(shù)據(jù)作者趙風(fēng)華,李發(fā)東,占車生,張雷明,陳智
    數(shù)據(jù)通信作者趙風(fēng)華(zhaofh@igsnrr.ac.cn)
    數(shù)據(jù)時間范圍2003–2010年
    地理區(qū)域中科院禹城綜合試驗站位于山東省禹城市(36°57′N, 116°36′E, 28m a.s.l.),地處黃河下游灌區(qū)。
    數(shù)據(jù)量55.9 MB
    數(shù)據(jù)格式*.xlsx
    數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址http://www.nesdc.org.cn/theme/index?projectId=6020d9a9042ebb719ff18679
    http://www.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.20002
    基金項目國家重點研發(fā)計劃(2017YFC0503801、2016YFA0600104);中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)技專項(XDA19020302);中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃(STS,KFJ-SW-STS-169)。
    數(shù)據(jù)庫(集)組成數(shù)據(jù)集包含通量數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù),分為半小時、日尺度、月尺度、年尺度表格,每個數(shù)據(jù)指標(biāo)包含生態(tài)系統(tǒng)CO2通量、潛熱通量、顯熱通量、空氣溫度、土壤溫度、土壤濕度、降水、總輻射和光合有效輻射。
    Dataset Profile
    TitleA carbon and water fluxes dataset of the farmland ecosystem of winter wheat and summer corn in Yucheng (2003–2010)
    Data corresponding authorZHAO Fenghua (zhaofh@igsnrr.ac.cn)
    Data authorsZHAO Fenghua, Li Fadong, Zhan Chesheng, Zhang Leiming, Chen Zhi.
    Time range2003 – 2010
    Geographical scopeYucheng Comprehensive Experimental Station is located in the lower Yellow River irrigation district(36°57′N, 116°36′E, 28m a.s.l.)
    Data volume55.9 MB
    Data format*.xlsx
    Data service system<http://www.nesdc.org.cn/theme/index?projectId=6020d9a9042ebb719ff18679>
    <http://www.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.20002>
    Sources of fundingNational key research and development program (2017YFC0503801, 2016YFA0600104), Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDA19020302), Science and Technology Service Network Initiative of Chinese Academy of Sciences (STS Plan, KFJ-SW-STS-169).
    Dataset compositionThe dataset consists of flux and meteorological measurements, including half-hour, daily, monthly, and yearly data. The dataset of measurements includes CO2 flux, latent heat flux, sensible heat flux, air temperature, soil temperature, precipitation, global radiation, and photosynthetic active radiation.
    引 言
    冬小麥復(fù)種夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是黃淮海平原最大的生態(tài)系統(tǒng)類型,也是中國最主要的冬小麥和夏玉米生產(chǎn)類型。中科院禹城綜合試驗站(簡稱禹城站)是黃河下游灌區(qū)冬小麥夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的典型試驗站(圖1)。2002年11月,中國通量觀測聯(lián)盟(ChinaFLUX)的前身中國通量網(wǎng)在禹城站設(shè)置渦度相關(guān)通量觀測系統(tǒng),連續(xù)觀測至今,獲取了國內(nèi)連續(xù)觀測時間最長的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳水通量數(shù)據(jù)。


    圖1 ? 禹城站通量觀測系統(tǒng)(左:冬小麥;右:夏玉米)
    2013年,在ChinaFLUX組織下禹城站將2003–2005年間碳水通量和氣象數(shù)據(jù)向全國科研單位、亞洲通量網(wǎng)(AsiaFlux)成員和國際通量觀測網(wǎng)絡(luò)(FLUXNET)成員開放共享,為全國和全球相關(guān)研究做出了貢獻[1,2,3,4,5,6,7,8,9 ]。在此基礎(chǔ)上,禹城站進一步將2003–2010年間數(shù)據(jù)面向全國科研單位開放共享。數(shù)據(jù)包含生態(tài)系統(tǒng)CO2通量、潛熱通量、顯熱通量、空氣溫度、土壤濕度、降水、總輻射、凈輻射和光合有效輻射等觀測指標(biāo),數(shù)據(jù)有半小時、日尺度、月尺度、年尺度4種時間尺度。我們將在保留數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上,以此加強與全國科研單位的聯(lián)系合作,以期為中國和全球相關(guān)研究做出更大貢獻。
    1 ? 數(shù)據(jù)采集和處理方法
    禹城站位于山東省禹城市(116.5702°E,36.8290°N, 28m a.s.l.),地處黃河下游第二大灌區(qū)潘莊灌區(qū)。氣候類型為大陸季風(fēng)氣候,年平均降水528 mm,平均氣溫13.1℃,大于0℃積溫4951℃,無霜期200天;冬季和春季干旱,夏季濕潤,60%的降水集中于7、8月份。農(nóng)田耕層土壤以砂壤土為主,土壤有機質(zhì)含量1.21%,pH值為7.9–8.0。地下水位1.5–4.0米,地下水資源豐富。作物種植制度為冬小麥夏玉米復(fù)種一年兩熟灌溉農(nóng)業(yè)。從自然條件和種植制度看,在華北平原有典型性。
    數(shù)據(jù)采集分為通量數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)兩部分,觀測系統(tǒng)型號、配置和構(gòu)成,以及數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)刃畔ⅲ唧w參見張雷明等論文[10]
    數(shù)據(jù)采用ChinaFLUX標(biāo)準(zhǔn)方法處理和加工,數(shù)據(jù)處理過程、質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)格式與ChinaFLUX標(biāo)準(zhǔn)一致,具體參見張雷明等論文[10]
    2 ? 數(shù)據(jù)樣本描述
    數(shù)據(jù)從類型上包含氣象數(shù)據(jù)和通量數(shù)據(jù)兩大部分,從時間尺度上包含30分鐘、天、月、年4個尺度。氣象數(shù)據(jù)表頭參數(shù)含義及單位如表1所示。
    表1 ? 禹城站不同時間尺度氣象觀測數(shù)據(jù)表頭
    序號數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)類型計量單位數(shù)據(jù)項說明
    1數(shù)字/年份
    2數(shù)字/月份
    3數(shù)字/日期
    4數(shù)字/小時
    5數(shù)字/分鐘
    6空氣溫度數(shù)字冠層上空氣溫度(10月至翌年6月冬小麥生季,距離地面1.5 m;7–9月夏玉米生長季,距離地面3.3 m)
    7空氣濕度數(shù)字%冠層上空氣濕度(10月至翌年6月冬小麥生季,距離地面1.5 m;7–9月夏玉米生長季,距離地面3.3 m)
    8水汽壓數(shù)字Kpa冠層上空氣水汽壓(10月至翌年6月冬小麥生季,距離地面1.5 m;7–9月夏玉米生長季,距離地面3.3 m)
    9風(fēng)速數(shù)字ms-1冠層上風(fēng)速(10月至翌年6月冬小麥生季,距離地面1.5 m;7–9月夏玉米生長季,距離地面3.3 m)
    10風(fēng)向數(shù)字Deg風(fēng)向平均值(使用者對短時間風(fēng)向有較高要求時不適用平均值,建議進行風(fēng)向分布分析)
    11大氣壓數(shù)字kPa大氣壓強平均值
    12太陽輻射數(shù)字Wm-2太陽輻射平均值
    13凈輻射數(shù)字Wm-2凈輻射平均值
    14光合有效輻射數(shù)字μmol m-2s-1光合有效輻射平均值
    15土壤溫度數(shù)字地表下5、10、20、30、50 cm的土壤溫度平均值分別代表地下一至五層土壤溫度
    16土壤體積含水量數(shù)字m3m-3地表下5、10、20 cm的土壤體積含水量平均值分別代表地下一至三層土壤體積含水量
    17降雨量數(shù)字mm降水量累計值
    通量數(shù)據(jù)樣本格式采用ChinaFLUX標(biāo)準(zhǔn)格式,時間尺度包括30分鐘、天、月、年4個尺度。數(shù)據(jù)參數(shù)包括3個碳通量數(shù)據(jù)參數(shù):凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換量(NEE,負值表示生態(tài)系統(tǒng)碳吸收,為碳匯;正值表示碳排放,為碳源)、生態(tài)系統(tǒng)CO2總交換量(GEE,負值表示生態(tài)系統(tǒng)碳吸收、碳同化)、生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率(RE),30分鐘尺度上單位是mg CO2 m-2 s-1;天、月、年尺度上單位分別為g C m-2 d-1、g C m-2 mon-1、g C m-2 a-1。數(shù)據(jù)參數(shù)還包括潛熱通量(LE)和顯熱通量(Hs),單位是W m-2
    3 ? 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與評估
    數(shù)據(jù)采用ChinaFLUX標(biāo)準(zhǔn)方法進行質(zhì)量控制,具體參見張雷明等論文[10]
    2003–2010年共8年間,禹城站半小時尺度CO2通量、潛熱通量和顯熱通量的有效觀數(shù)據(jù)比例分別為39.1%–50.4%、54.2%–70.8%、62.7%–71.2%(表2)。數(shù)據(jù)缺失的原因可以分為兩類,一類主要是數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)缺失,包括異常數(shù)據(jù)剔除、夜間通量數(shù)據(jù)篩選等,特別是夜間數(shù)據(jù)的質(zhì)控和篩選是引起有效觀測數(shù)據(jù)降低的主要因素;另一類主要是作物收獲、播種、耕作等農(nóng)業(yè)措施期間停測,以及停電、儀器故障等。
    表2 ? 禹城站通量觀測數(shù)據(jù)質(zhì)控后有效數(shù)據(jù)百分比
    年份CO2通量 %潛熱通量 %顯熱通量 %
    200339.154.254.5
    200445.663.663.7
    200541.456.156.6
    200647.263.263.9
    200746.866.366.9
    200849.169.569.1
    200950.470.871.2
    201049.263.162.7
    4 ? 數(shù)據(jù)使用方法和建議
    根據(jù)禹城站生態(tài)類型和區(qū)域環(huán)境特點,數(shù)據(jù)應(yīng)用者需要注意以下幾個事項。
    1)禹城站為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),我們參照常規(guī)方式方法進行農(nóng)田管理,盡量保證作物在無水肥脅迫和無病蟲害狀態(tài)下生長,但具體管理措施每年會略有不同。使用者在使用過程中如果需要更多的農(nóng)田和農(nóng)作物管理、測產(chǎn)、考種等農(nóng)學(xué)和生物學(xué)信息請聯(lián)系本文作者。
    2)翻耕、播種、收割等農(nóng)田管理會對碳通量數(shù)據(jù)有很大的擾動,因此在前茬收獲–后茬出苗期間碳排放數(shù)據(jù)謹(jǐn)慎使用。
    3)作物生長期內(nèi),噴施農(nóng)藥、追施化肥等措施對碳水通量數(shù)據(jù)的擾動可以忽略。春季灌溉會造成感熱通量負值出現(xiàn),屬于正常現(xiàn)象,在關(guān)注熱量參數(shù)時需要注意。灌溉可以從土壤含水量突然出現(xiàn)飽和現(xiàn)象來判斷。
    致 謝
    劉振民、王吉順為禹城站通量觀測系統(tǒng)維護做出了必不可少的貢獻,孫志剛、歐陽竹為本數(shù)據(jù)集的完成提供了技術(shù)指導(dǎo)等重要貢獻,特此致謝!
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    數(shù)據(jù)引用格式
    趙風(fēng)華, 李發(fā)東, 占車生, 等. 2003–2010年禹城冬小麥夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳水通量觀測數(shù)據(jù)集[DB/OL]. Science Data Bank, 2021. (2021-03-18). DOI: 10.11922/sciencedb.j00001.20002.
    稿件與作者信息
    論文引用格式
    趙風(fēng)華, 李發(fā)東, 占車生, 等. 2003–2010年禹城冬小麥夏玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳水通量觀測數(shù)據(jù)集[J/OL]. 中國科學(xué)數(shù)據(jù), 2021, 6(2). (2021-03-18). DOI: 10.11922/csdata.2020.0044.zh.
    趙風(fēng)華
    Zhao Fenghua
    主要承擔(dān)工作:觀測系統(tǒng)運行管理、數(shù)據(jù)處理和論文撰寫。
    zhaofh@igsnrr.ac.cn
    (1979—),男,博士,助理研究員,研究方向為環(huán)境脅迫對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響。
    李發(fā)東
    Li Fadong
    主要承擔(dān)工作:觀測系統(tǒng)運行管理。
    (1972—),男,博士,研究員,研究方向為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水氮遷移與互作機理。
    占車生
    ZHAN Chesheng
    主要承擔(dān)工作:觀測系統(tǒng)條件支持與管理。
    (1975—),男,博士,研究員,研究方向為水循環(huán)和區(qū)域蒸散。
    張雷明
    Zhang Leiming
    主要承擔(dān)工作:碳水通量數(shù)據(jù)綜合處理方法和技術(shù)途徑。
    (1974—),男,博士,副研究員,研究方向為生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)過程與全球變化。
    陳智
    chenzhi
    主要承擔(dān)工作:數(shù)據(jù)質(zhì)量分析。
    (1981—),女,博士,助理研究員,研究方向為生態(tài)系統(tǒng)碳通量時空格局。
    出版歷史
    I區(qū)發(fā)布時間:2021年3月18日 ( 版本ZH2
    II區(qū)出版時間:2021年6月30日 ( 版本ZH3
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    中國科學(xué)數(shù)據(jù)
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