生态系统长期观测数据产品体系

doi:10.11959/j.issn.2096-0271.2022008

大数据 ›› 2022, Vol. 8 ›› Issue (1): 84-97.doi: 10.11959/j.issn.2096-0271.2022008

生态系统长期观测数据产品体系

苏文¹^,², 张黎¹^,², 郭学兵¹^,², 何洪林¹^,², 唐新斋¹^,², 任小丽¹^,²

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 国家生态科学数据中心，北京 100101

出版日期:2022-01-15 发布日期:2022-01-01
作者简介:苏文（1968- ），女，中国科学院地理科学与资源研究所高级工程师，主要研究方向为生态信息学
张黎（1982- ），女，博士，中国科学院地理科学与资源研究所副研究员，主要研究方向为陆地生态系统碳氮水循环过程模拟、模型数据融合和生态系统评估
郭学兵（1967- ），女，中国科学院地理科学与资源研究所高级工程师，主要研究方向为生态信息学、数据库系统设计与应用开发
何洪林（1971- ），男，博士，中国科学院地理科学与资源研究所研究员，主要研究方向为生态信息学、生态系统模型数据融合、生态遥感研究
唐新斋（1976- ），男，中国科学院地理科学与资源研究所工程师，主要研究方向为生态信息学
任小丽（1984- ），女，博士，中国科学院地理科学与资源研究所副研究员，主要研究方向为碳循环模型数据融合与生态信息学
基金资助:
国家重点研发计划资助项目(2019YFE0126500）)

Classification of ecosystem long term observation data product

Wen SU¹^,², Li ZHANG¹^,², Xuebing GUO¹^,², Honglin HE¹^,², Xinzhai TANG¹^,², Xiaoli REN¹^,²

¹ Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
² National Ecosystem Science Data Center, Beijing 100101, China

Online:2022-01-15 Published:2022-01-01
Supported by:
The National Key Research and Development Program of China(2019YFE0126500）)

摘要/Abstract

摘要：

生态系统水、土、气、生要素的长期定位观测和数据积累可为生态系统评价及管理提供科学依据，但目前国内尚未建立生态系统长期观测数据产品体系，无法为数据产品的生产提供有效指导。首先分析了国际生态环境观测研究网络数据产品体系，然后结合我国现有生态系统长期观测规范与数据资源的实际状况，基于数据产品分类、数据产品分级两个维度提出了一套生态系统长期观测数据产品体系。该体系既能表现长期观测数据产品的内容，又能表达数据产品生产、加工过程，并被应用于中国生态系统研究网络（CERN）森林生态系统长期观测数据产品体系的设计。该数据产品体系具有较好的实际操作价值，对提升长期观测数据的使用价值具有重要作用。

关键词: 生态系统长期观测, 数据产品, 生态系统要素, 数据产品分类, 数据产品分级

Abstract:

The long-term ecosystem observation can provide data of water, soil, meteorology and biology to support ecosystem evaluation and management.At present, there is a lack of long-term observation data product system of ecosystem in China, so no effective guidance can be provided for the production of data products.Firstly the data product system of international eco-environmental research networks was analyzed.Then a long-term observation data product system of ecosystem based on the data product classification, data product gradation two dimensions was proposed, combining the existing long-term observation protocols and data resources of ecosystem in China.It could not only express the content of long-term observation data products, but also the process of data product production and processing, and had been applied to design the long-term observation data product system of forest ecosystem of Chinese ecosystem research network (CERN).This data product system has good practical value and will play an important role in improving the value of long-term observation data.

Key words: ecosystem long term observation, data product, ecosystem element, data product classification, data product gradation

中图分类号:

X171.1

苏文, 张黎, 郭学兵, 何洪林, 唐新斋, 任小丽. 生态系统长期观测数据产品体系[J]. 大数据, 2022, 8(1): 84-97.

Wen SU, Li ZHANG, Xuebing GUO, Honglin HE, Xinzhai TANG, Xiaoli REN. Classification of ecosystem long term observation data product[J]. Big Data Research, 2022, 8(1): 84-97.

图/表 9

表1

图1

表2

表3

表4

森林生态系统要素观测数据产品分类分级体系"

中类	小类	数据产品名称	L0级	L1级	L2级	L3级
水环境要素观测数据产品	水文要素观测数据产品	土壤水分含量观测数据产品	观测点30 min/日尺度原始观测数据	经过质量控制后的观测点日尺度观测数据	插补后的日尺度质控数据	样地尺度月、年统计数据
		蒸发量观测数据产品	日尺度记录数据	经过质量控制后的日尺度数据	插补后的日尺度质控数据	月、年统计数据
		地表径流量观测数据产品	日尺度记录数据	经过质量控制后的日尺度数据	无	月、年统计数据
		地下水位观测数据产品	日尺度记录数据	经过质量控制后的日尺度数据	插补后的日尺度质控数据	月、年统计数据
		穿透降水量观测数据产品	观测点日尺度记录数据	经过质量控制后的观测点尺度日数据	插补后的观测点尺度日质控数据	样地尺度月、年统计数据
		树干径流量观测数据产品	观测点日尺度记录数据	经过质量控制后的观测点日尺度观测数据	插补后的观测点尺度日质控数据	样地尺度月、年统计数据
		枯枝落叶层含水量观测数据产品	样方尺度日记录数据	经过质量控制后的样方尺度日数据	插补后的样方尺度日质控数据	样地尺度月、年统计数据
	水化学要素观测数据产品	雨水水质观测数据产品	采样点月测定数据	经过质量控制后的采样点月尺度数据	无	月、年统计数据
		静止地表水水质观测数据产品	采样点汛期、非汛期测定数据	经过质量控制后的采样点汛期、非汛期数据	无	采样点汛期、非汛期统计数据
		流动地表水水质观测数据产品	采样点汛期、非汛期测定数据	经过质量控制后的采样点汛期、非汛期数据	无	采样点汛期、非汛期统计数据
		穿透降水水质观测数据产品	采样点汛期、非汛期测定数据	经过质量控制后的采样点汛期、非汛期数据	无	采样点汛期、非汛期统计数据
		树干径流水质观测数据产品	采样点汛期、非汛期测定数据	经过质量控制后的采样点汛期、非汛期数据	无	采样点汛期、非汛期统计数据
		地下水水质观测数据产品	采样点汛期、非汛期测定数据	经过质量控制后的采样点汛期、非汛期数据	无	采样点汛期、非汛期统计数据

表4

续表"

中类	小类	数据产品名称	L0级	L1级	L2级	L3级
土壤要素观测数据产品	土壤物理性质观测数据产品	土壤容重观测数据产品	样方尺度测定结果（平均值）	经过质量控制后的样方尺度测定结果数据	无	样地尺度统计数据
		土壤机械组成观测数据产品	样方尺度测定结果（平均值）	经过质量控制后的样方尺度测定结果数据	无	样地尺度统计数据
		土壤温度观测数据产品	自动观测小时/日尺度数据或人工观测记录小时尺度观测数据	经过质量控制后的小时尺度/日尺度观测数据	插补后的小时尺度/日尺度质控数据	月、年统计数据（包括根据已插补和未插补小时数据统计的结果）
	土壤化学性质观测数据产品	土壤养分全量观测数据产品	样方尺度测定结果（平均值）	经过质量控制后的样方尺度测定结果数据	无	样地尺度统计数据
		土壤速效养分观测数据产品	样方尺度测定结果	经过质量控制后的样方尺度测定结果数据	无	样地尺度统计数据
		土壤矿质全量观测数据产品	样方尺度测定结果	经过质量控制后的样方尺度测定结果数据	无	样地尺度统计数据
		土壤微量元素全量观测数据产品	样方尺度测定结果	经过质量控制后的样方尺度测定结果数据	无	样地尺度统计数据
		表层土壤速效中微量元素观测数据产品	样方尺度测定结果	经过质量控制后的样方尺度测定结果数据	无	样地尺度统计数据
		土壤重金属观测数据产品	样方尺度测定结果	经过质量控制后的样方尺度测定结果数据	无	样地尺度统计数据
		土壤阳离子交换性能观测数据产品	样方尺度测定结果	经过质量控制后的样方尺度测定结果数据	无	样地尺度统计数据
大气环境要素观测数据产品	地面气象要素观测数据产品	气压观测数据产品	自动观测小时/日尺度数据或人工观测记录小时尺度观测数据	经过质量控制后的小时尺度/日尺度观测数据	插补后的小时尺度/日尺度质控数据	月、年统计数据（包括根据已插补和未插补小时数据统计的结果）
		风观测数据产品	自动观测小时/日尺度数据或人工观测记录小时尺度观测数据	经过质量控制后的小时尺度/日尺度观测数据	插补后的小时尺度/日尺度质控数据	月、年统计数据（包括根据已插补和未插补小时数据统计的结果）
		气温观测数据产品	自动观测小时/日尺度数据或人工观测记录小时尺度观测数据	经过质量控制后的小时尺度/日尺度观测数据	插补后的小时尺度/日尺度质控数据	月、年统计数据（包括根据已插补和未插补小时数据统计的结果）
		空气湿度观测数据产品	自动观测小时/日尺度数据或人工观测记录小时尺度观测数据	经过质量控制后的小时尺度/日尺度观测数据	插补后的小时尺度/日尺度质控数据	月、年统计数据（包括根据已插补和未插补小时数据统计的结果）

续表"

中类	小类	数据产品名称	L0级	L1级	L2级	L3级
大气环境要素观测数据产品	地面气象要素观测数据产品	降水量观测数据产品	自动观测小时/日尺度数据或人工观测记录小时尺度观测数据	经过质量控制后的小时尺度/日尺度观测数据	插补后的小时尺度/日尺度质控数据	月、年统计数据（包括根据已插补和未插补小时数据统计的结果）
		地表温度观测数据产品	自动观测小时/日尺度数据或人工观测记录小时尺度观测数据	经过质量控制后的小时尺度/日尺度观测数据	插补后的小时尺度/日尺度质控数据	月、年统计数据（包括根据已插补和未插补小时数据统计的结果）
		日照观测数据产品	自动观测小时/日尺度数据	经过质量控制后的小时尺度/日尺度观测数据	插补后的小时尺度/日尺度质控数据	月、年统计数据（包括根据已插补和未插补小时数据统计的结果）
	辐射观测数据产品	太阳辐射观测数据产品	自动观测小时/日尺度数据	经过质量控制后的小时尺度/日尺度观测数据	插补后的小时尺度/日尺度质控数据	月、年统计数据（包括根据已插补和未插补小时数据统计的结果）
		净辐射观测数据产品	自动观测小时/日尺度数据	经过质量控制后的小时尺度/日尺度观测数据	插补后的小时尺度/日尺度质控数据	月、年统计数据（包括根据已插补和未插补小时数据统计的结果）
生物要素观测数据产品	植物群落种类组成与物质生产观测数据产品	植物种类组成观测数据产品	样方尺度调查数据	经过质量控制后的样方尺度调查数据	无	无
		植物群落种群数量特征观测数据产品	无	无	基于质量控制后的样方植物种类组成数据计算的样方尺度数据	基于质量控制后的样方植物种类组成数据计算的群落尺度数据
		植物群落生物量观测数据产品	乔木层：样方尺度每木调查胸径、高度数据灌木层：样方尺度每木调查基径、高度数据	乔木层：质控后的样方尺度每木调查胸径、高度数据灌木层：质控后的样方尺度每木调查基径、高度数据	乔木层、灌木层：基于质控后的每木调查计算的样方尺度生物量	群落尺度生物量
			草本层：样方尺度生物量	草本层：质控后的样方尺度生物量
		凋落物量观测数据产品	样方尺度月测定数据	经过质量控制后的样方尺度月数据	无	样地尺度月、年统计数据
		叶面积指数观测数据产品	样方尺度月测定数据	经过质量控制后的样方尺度月数据	无	样地尺度月、年统计数据
		植物元素含量和热值观测数据产品	样方尺度月测定数据	经过质量控制后的样方尺度月数据	无	样地尺度月、年统计数据
		树种更新状况观测数据产品	样方尺度调查数据	经过质量控制后的样方尺度数据	无	无

表5

参考文献 14

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数据级别	描述
0级	站点获取的仪器观测或人工观测的原始数据
1级	原始数据经过质量控制与计量单位转换形成的数据，通常为时间尺度或空间尺度的平均值或汇总值
2级	时间插值观测数据或机载遥感数据
3级	空间插值或拼接的数据
4级	基础观测数据结合科学理论衍生的更高层次的数据

中类名称	说明
水环境要素观测数据产品	通过对生态系统水环境的特征、变化规律以及与生态系统的关系进行观测而产生的，能体现特定站点、特定观测指标（一个或多个）的数据产品，包括直接获取的数据和经过加工处理得到的数据
土壤要素观测数据产品	通过对生态系统土壤结构、功能和重要生态学过程进行观测而产生的，能体现特定站点、特定观测指标（一个或多个）的数据产品，包括直接获取的数据和经过加工处理得到的数据
大气环境要素观测数据产品	通过对生态系统的气象、辐射及大气环境化学成分等要素进行观测而产生的，能体现特定站点、特定观测指标（一个或多个）的数据产品，包括直接获取的数据和经过加工处理得到的数据
生物要素观测数据产品	通过对生态系统中重要的生物组分及其形成的生态系统特征进行观测而产生的，能体现特定站点、特定观测指标（一个或多个）的数据产品，包括直接获取的数据和经过加工处理得到的数据

中类名称	说明
水源涵养功能数据产品	基于相关要素观测数据产品生成的、服务于水源涵养服务功能评估的数据产品，包括使用不同计量方法计算的水源涵养量及相关数据产品
生产力和固碳功能数据产品	基于相关要素观测数据产品生成的、服务于生产力固碳服务功能评估的数据产品，包括生产力、碳储量及相关数据产品
生物多样性功能数据产品	基于相关要素观测数据产品生成的、服务于生物多样性服务功能评估的数据产品，包括物种丰富度、多样性等相关数据产品
土壤保持功能数据产品	基于相关要素观测数据产品生成的、服务于土壤保持服务功能评估的数据产品，包括土壤保持量、土壤侵蚀量等相关数据产品

中类	小类	数据产品名称	L0级	L1级	L2级	L3级
生物要素观测数据产品	植物群落动态与物侯观测数据产品	物候观测数据产品	日尺度调查数据	经过质量控制后的日尺度数据	无	无
	动物群落种类组成与结构观测数据产品	鸟类种类与数量观测数据产品大型野生动物种类与数量观测数据产品	年尺度调查数据年尺度调查数据	经过质量控制后的年尺度数据经过质量控制后的年尺度数据	无无	单位面积数量单位面积数量
		土壤动物种类与数量观测数据产品	样点尺度调查数据	经过质量控制后的样点尺度数据	无	单位面积数量
	微生物群落生物量与结构观测数据产品	土壤微生物群落生物量观测数据产品	样方尺度年测定结果	经过质量控制后的样方尺度年数据	无	无

中类	小类	L4级
生产力和固碳功能数据产品	生产力和固碳功能关键过程参数数据产品	碳分配系数、碳周转时间
	生产力和固碳数据产品	乔木层植被碳密度、土壤有机碳密度、生态系统碳密度、总初级生产力（gross primary productivity，GPP）、净初级生产力（net primary productivity， NPP）、净生态系统生产力（net ecosystem productivity，NEP）
生物多样性功能数据产品	生物多样性数据产品	物种丰富度、香农-维纳多样性指数（Shannon-Wiener’s diversity index）、辛普森多样性指数（Simpson’s diversity index）、皮耶罗（Pielou）指数
水源涵养功能数据产品	水源涵养功能关键过程参数数据产品	穿透率、截留率、树干径流率
	水源涵养数据产品	枯枝落叶蓄水量、土壤蓄水量、综合蓄水量
土壤保持功能数据产品	土壤保持功能关键过程参数数据产品	侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力
	土壤保持数据产品	潜在土壤侵蚀量、实际土壤侵蚀量、土壤保持量、土壤保持率

生态系统长期观测数据产品体系

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