中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)专题 I 区论文(评审中) 版本 ZH2
下载
1990–2015年亚洲区域陆地生态系统碳通量组分数据集
A dataset of carbon flux component of terrestrial ecosystems in Asian region (1990–2015)
: 2020 - 07 - 10
: 2021 - 01 - 12
: 2021 - 01 - 12
533 5 0
摘要&关键词
摘要:陆地生态系统碳通量组分包括生态系统总初级生产力、总呼吸和净生产力,它们是衡量生态系统的物质生产能力、固碳效应以及气候调节强度的最直接的生态系统指标。本文系统收集整理了亚洲区域(除中国区域外)1990–2015年间基于涡度相关协方差技术观测获取的生态系统碳通量组分数据,经过数据质量控制,构建了亚洲区域陆地生态系统碳通量组分数据集。本数据集包含了亚洲区域45个典型陆地生态系统的年总初级生产力、总呼吸和净生产力观测值,站点涵盖了从热带、亚热带、暖温带、温带、冷温带、北方林到亚极地的7个气候区,森林、草地、农田和湿地4种生态系统类型。此外,本数据集还包含了经纬度、海拔、植被类型、年均气温、年总降水量等气候和植被信息。本数据集的建立与共享,期望为亚洲区域生态系统的固碳效应评估、碳循环对全球变化的响应研究以及区域碳循环模型的优化和验证提供重要的数据支持。
关键词:陆地生态系统;碳通量;生产力;呼吸;涡度相关;亚洲区域
Abstract & Keywords
Abstract: Carbon flux components of terrestrial ecosystem including gross primary productivity, ecosystem respiration and net ecosystem productivity, serve as the most important direct ecosystem indices for measuring material production, carbon sequestration and climate regulation. Based on systematically collected carbon flux components data measured by eddy covariance technique during the period of 1990–2015 in Asian region (excluding China region), we constructed the dataset of terrestrial ecosystems carbon flux component in Asian region through data quality control. The dataset contained multi-years’ annual records of gross primary productivity, ecosystem respiration and net ecosystem productivity from 45 typical terrestrial ecosystems in Asia, covered seven climate zones including tropical, subtropical, warm temperate, temperate, cool temperate, boreal and subarctic and four ecosystem types including forest, grassland, cropland and wetland. In addition, the meteorological and vegetation information, such as the latitude, longitude, altitude, vegetation type, mean annual temperature and annual total precipitation were compiled. This dataset is expected to provide important data supporting for carbon sequestration assessment of Asian regional ecosystems, studies on response of carbon cycling processes to global change, and the optimization and validation of regional carbon cycle models.
Keywords: terrestrial ecosystem; carbon fluxes; productivity; respiration; eddy covariance; Asian region
数据库(集)基本信息简介表
数据库(集)名称1990–2015年亚洲区域陆地生态系统碳通量组分数据集
数据作者陈智,于贵瑞,朱先进,张雷明,王秋凤
数据通信作者陈智(chenz@igsnrr.ac.cn),于贵瑞(yugr@igsnrr.ac.cn)
数据时间范围1990–2015年
地理区域亚洲区域陆地生态系统(除中国区域外)
数据量47 KB
数据格式*.xlsx
数据服务系统网址暂不开放
基金项目中国科学院战略性先导科技专项(XDA19020302);国家自然科学基金项目(41991234、31600347);国家重点研发计划(2016YFA0600104、2016YFA0600103);中国科学院科技服务网络STS计划(KFJ-SW-STS-169)。
数据集组成本数据集包含亚洲区域45个典型陆地生态系统1990–2015年期间观测的年总初级生产力、生态系统呼吸和净生产力数据,以及辅助气候和植被观测资料包括站点地理位置、气候区、生态系统类型、植被类型、年均气温、年总降水量、观测年份等。
Dataset Profile
TitleA dataset of carbon flux component of terrestrial ecosystems in Asian region (1990–2015)
Data corresponding authorsChen Zhi (chenz@igsnrr.ac.cn), Yu Guirui (yugr@igsnrr.ac.cn)
Data authorsChen Zhi, Yu Guirui, Zhu Xianjin, Zhang Leiming, Wang Qiufeng
Time range1990–2015
Geographical scopeTerrestrial ecosystems in Asian region (excluding China region)
Data volume47 KB
Data format*.xlsx
Data service system(Not open yet)
Sources of fundingStrategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences (XDA19020302), National Natural Science Foundation of China (41991234, 31600347), National Key Research and Development Program of China (2016YFA0600104, 2016YFA0600103), Science and Technology Service Network Initiative of the Chinese Academy of Sciences (KFJ-SW-STS-169).
Dataset compositionThe dataset includes multi-years’ annual records of gross primary productivity, ecosystem respiration and net ecosystem productivity from 45 typical ecosystems during the period of 1990–2015 in Asian region. In addition, it includes some basic meteorological and vegetation information such as site location, climate zone, ecosystem type, plant type, mean annual air temperature, mean annual total precipitation, and measurement period, etc.
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[2,3,4 ],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
本研究收集了截止到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 productivity / GPP / net ecosystem productivity / 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 productivity / GPP / net ecosystem productivity / 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 productivity / GPP / net ecosystem productivity / 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[11,12,13,14 ];(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 CO2 m-2 yr-1、kg C m-2 yr-1、kg CO2 m-2 yr-1的观测数据统一转化为g C m-2 yr-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、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
数据项数据单位数据类型示例
序号-整数型5
站点名称-字符型Sarawak
所属国家-字符型Malaysia
气候类型-字符型Tropical rainforest
纬度°N浮点型1.40
经度°E浮点型111.40
海拔m浮点型17
生态系统类型-字符型Forest
植被类型-字符型Peat swamp forest
年均气温浮点型26.50
年均总降水量mm浮点型2594
观测年份-整数型2011-2014
净生态系统生产力NEPg C m-2 yr-1浮点型136
总初级生产力GPPg C m-2 yr-1浮点型3682
生态系统呼吸REg C m-2 yr-1浮点型3546
文献出处-字符型Kiew F, Hirata R, Hirano T, Wong GX, Aeries EB, Musin KK, Waili JW, Loc KS, Shimizu M, Melling L. CO2 balance of a secondary tropical peat swamp forest in Sarawak, Malaysia. Agricultural and Forest Meteorology, 2018, 248: 494-501.
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、检索关键词、文献筛选标准、数据提取和整理整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,排除了其他研究方法的干扰,保证了数据采集方法的一致性和结果的可比性;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,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,最后交付给专家进行最终的审核和修订,确保数据集的正确、可靠。
数据质量评估:本研究收集的碳通量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:(1)涡度相关技术测定误差。涡度相关技术测定过程中,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。由于地形状况、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。目前缺失的碳通量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,这三种不同的插补方法获取的插补结果无显著差异,对年总净生态系统碳通量NEE的影响在± 25 g C m-2 yr-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]
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!
[1]
CHAPIN F S, MATSON P A, VITOUSEK P M. Principles of terrestrial ecosystem ecology[M]. New York: Springer, 2011.
[2]
BEER C, REICHSTEIN M, TOMELLERI E, et al. Terrestrial gross carbon dioxide uptake: global distribution and covariation with climate[J]. Science, 2010, 329: 834-838.
[3]
JUNG M, REICHSTEIN M, MARGOLIS H A, et al. Global patterns of land-atmosphere fluxes of carbon dioxide, latent heat, and sensible heat derived from eddy covariance, satellite, and meteorological observations[J]. Journal of Geophysical Research, 2011, 116(G3): G00J07.
[4]
JUNG M, SCHWALM C, MIGLIAVACCA M, et al. Scaling carbon fluxes from eddy covariance sites to globe: Synthesis and evaluation of the FLUXCOM approach[J]. Biogeosciences, 2020, 17(5): 1343-1365.
[5]
FRIEDLINGSTEIN P, JONES M, O'SULLIVAN M, et al. Global carbon budget 2019[J]. Earth System Science Data, 2019, 11(4): 1783-1838.
[6]
BALDOCCHI D. Turner review No.15. 'Breathing' of the terrestrial biosphere: lessons learned from a global network of carbon dioxide flux measurement systems[J]. Australian Journal of Botany, 2008, 56(1): 1-26.
[7]
YU G R, WEN X F, SUN X M, et al. Overview of ChinaFLUX and evaluation of its eddy covariance measurement[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2006, 137(3-4): 125-137.
[8]
WOFSY SC, GOULDEN ML, MUNGER JW, et al. Net Exchange of CO2 in a Mid latitude Forest[J]. Science, 1993, 260(5112): 1314-1317.
[9]
SAIGUSA N, YAMAMOTO S, MURAYAMA S, et al. Inter-annual variability of carbon budget components in an AsiaFlux forest site estimated by long-term flux measurements[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2005, 134(1-4): 4-16.
[10]
Asiaflux[EB/OL]. [2021-07-10]. http://asiaflux.net/.
[11]
朱治林, 孙晓敏, 袁国富, 等. 非平坦下垫面涡度相关通量的校正方法及其在ChinaFLUX中的应用[J]. 中国科学(D辑), 2004, 34 (S2): 37-45.
[12]
WEBB E K, PEARMAN G I, LEUNING R. Correction of flux measurements for density effects due to heat and water vapour transfer[J]. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1980, 106(447): 85-100.
[13]
REICHSTEIN M, FALGE E, BALDOCCHI D D, et al. On the separation of net ecosystem exchange into assimilation and ecosystem respiration: Review and improved algorithm[J]. Global Change Biology, 2005, 11(9): 1424-1439.
[14]
FALGE E, BALDOCCHI D D, OLSON R, et al. Gap filling strategies for defensible annual sums of net ecosystem exchange[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2001, 107(1): 43-69.
[15]
陈智, 于贵瑞, 朱先进, 等. 基于文献整合的中国典型陆地生态系统初级生产力、呼吸和净生产力数据集[J]. 中国科学数据, 2019, 4(1): 23-29.
[16]
LOESCHER H W, LAW B E, MAHRT L, et al. Uncertainties in, and interpretation of, carbon flux estimates using the eddy covariance technique[J]. Journal of Geophysical Research, 2006, 111(D21S90): 1-19.
[17]
MOFFAT A M, PAPALE D, REICHSTEIN M, et al. Comprehensive comparison of gap-filling techniques for eddy covariance net carbon fluxes[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2007, 147(3-4): 209-232.
[18]
CHEN Z, YU G R, GE J P, et al. Temperature and precipitation control of the spatial variation of terrestrial ecosystem carbon exchange in the Asian region[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2013, 182-183: 266-276.
稿件与作者信息
论文引用格式
陈智, 于贵瑞, 朱先进, 等. 1990–2015年亚洲区域陆地生态系统碳通量组分数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2020. (2020-07-10). DOI: 10.11922/csdata.2020.0060.zh.
陈智
chenzhi
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。
chenz@igsnrr.ac.cn
(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。
于贵瑞
Yu Guirui
主要承担工作:总体方案设计、论文修改。
yugr@igsnrr.ac.cn
(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。
朱先进
Zhu Xianjin
主要承担工作:文献数据收集、论文修改。
(1985—),男,博士,副教授,研究方向为全球变化与碳水循环。
张雷明
Zhang Leiming
主要承担工作:数据质量控制、论文修改。
(1974—),男,博士,副研究员,研究方向为全球变化与碳水循环。
王秋凤
Wang Qiufeng
主要承担工作:论文的修改。
(1973—),女,博士,研究员,研究方向为全球变化与碳氮水循环。
出版历史
I区发布时间:2021年1月12日 ( 版本ZH2
参考文献列表中查看
中国科学数据
csdata