2015-2017 年阿拉斯加通量塔站点的 CO2 和 CH4 通量及气象情况

ABoVE: CO2 and CH4 Fluxes and Meteorology at Flux Tower Sites, Alaska, 2015-2017

2015-2017 年阿拉斯加通量塔站点的 CO2 和 CH4 通量及气象情况

简介

文件修订日期：2018-05-15

数据集版本：1

摘要

该数据集提供了位于阿拉斯加巴罗（三个地点）、阿特卡苏克（ATQ）和伊沃图克（IVO）的五个涡度协方差（EC）塔点的二氧化碳和甲烷通量以及气象参数。这些地点形成了横跨阿拉斯加北坡的 300 公里南北横断面。通量测量包括 CO2、CH4 和 H2O 通量以及显热和潜热通量。气象数据包括气温、风速、雨量、土壤温度、PAR、辐射、土壤含水量、相对湿度、地热通量和气压。所有数据均以半小时为间隔报告，时间跨度为 2015-01-01 至 2017-03-09。 北极生态系统是全球甲烷的主要来源。收集北极冻土带连续冻土层上 CH4 的全年涡通量观测数据，是为了填补寒冷季节 CH4 排放方面的知识空白。

该数据集有 10 个逗号分隔（.csv）格式的数据文件。

阿拉斯加巴罗的三个塔点：巴罗环境观测站 (BEO) 塔、南部生物复杂性实验 (BES) 塔以及气候监测和诊断实验室 (CMDL) 塔。

数据集概述

该数据集提供了位于阿拉斯加巴罗（三个地点）、阿特卡苏克（ATQ）和伊沃图克（IVO）的五个涡度协方差（EC）塔点的二氧化碳和甲烷通量以及气象参数。这些地点形成了横跨阿拉斯加北坡的 300 公里南北横断面。通量测量包括 CO2、CH4 和 H2O 通量以及显热和潜热通量。气象数据包括气温、风速、雨量、土壤温度、PAR、辐射、土壤含水量、相对湿度、地热通量和气压。所有数据均以半小时为间隔报告，时间跨度为 2015-01-01 至 2017-03-09。

收集北极苔原连续冻土层上 CH4 的全年涡通量观测数据，是为了填补寒冷季节 CH4 排放方面的知识空白。

项目北极-北方脆弱性实验

北极-北方脆弱性实验（ABoVE）是美国国家航空航天局（NASA）陆地生态计划在 2016 年至 2021 年期间在阿拉斯加和加拿大西部开展的一项实地活动。ABoVE 的研究将基于实地的过程级研究与机载和卫星传感器获得的地理空间数据产品联系起来，为提高分析和建模能力奠定了基础，而分析和建模能力是了解和预测生态系统反应及社会影响所必需的。

数据特征

空间覆盖范围： 位于阿拉斯加北坡阿特卡苏克（一个站点）、巴罗（三个站点）和伊沃图克（一个站点）的五个欧共体塔点

以上参考地点：

域：核心 ABoVE

州/地区： 阿拉斯加州阿拉斯加州

网格单元： Ahh1Avv0Bh2Bv1, Ahh1Avv0Bh1Bv1, Ahh1Avv0Bh1Bv2

空间分辨率：点

时间覆盖范围：2015-01-01 至 2017-03-09

时间分辨率：半小时

研究区域（所有经纬度均以十进制度表示）

三个塔点位于巴罗，包括巴罗环境观测站 (BEO) 塔、生物复杂性实验南塔 (BES) 以及气候监测和诊断实验室 (CMDL) 塔。另外两个塔点位于阿拉斯加的阿特卡苏克（ATQ）和伊沃图克（IVO）。

数据文件信息

五个研究地点各有两个逗号分隔格式（.csv）的文件。

带有 _fluxes 的文件提供了 CO2 和 CH4 通量数据，是使用 EddyPro 软件（LI-COR）根据原始数据计算得出的半小时平均值。缺失的 CH4 通量数据被填补。 文件名中含有 _meteo 的文件提供气象数据、积雪深度、土壤容积含水量和土壤温度测量值。使用 CR-23X 数据记录器（Campbell Scientific）或类似设备，每 10-15 秒测量一次，并在半小时内取平均值。请注意，_meteo 文件的列名已经统一。 当前数据集中的气象测量数据是 Oechel 等人（2016 年）先前存档数据的延续。

缺失数据或未提供的数据报告为 -9999。

这些数据为半小时数据。缺失的甲烷通量数据被填补。时间覆盖范围因站点而异。

Atqasuk_ATQ_fluxes_2015-2017.csv （2015-02-01 至 2017-03-07）

Barrow_BES_fluxes_2015-2017.csv （2015-02-08 至 2017-01-15）

Barrow_BEO_fluxes_2015-2017.csv (2015-01-01 to 2017-01-31)

Barrow_CMDL_fluxes_2015-2017.csv (2015-02-08 to 2017-02-17)

Ivotuk_IVO_fluxes_2015-2017.csv (2015-02-01 to 2017-03-07)

PAR 测量值以明确的名称表示进入/下沉和流出/上涌/反射值（PARdown_incoming， PARup_outgoing），以减少与表示传感器方向的名称混淆。

土壤温度剖面数据字典中的列显示了传感器和深度的通用列表。如第 5 节所述，各站点可能有不同数量的剖面、传感器和传感器深度。土壤温度剖面列以（SoilT）、（剖面或传感器编号）和（_深度）命名（如 SoilT1_0、SoilT1_10、SoilT1_20）。

如第 5 节所述，每个站点的土壤水分剖面列也可能有不同数量的剖面、传感器和传感器深度。土壤水分剖面列尽可能命名为（Px，表示剖面编号）、（_SWC，表示土壤含水量）和（_深度）（如 P2_SWC_15）。如果只提供传感器编号，则命名为 SWC_1。 另一种变化是在巴罗 BEO 和巴罗 BES 的高心和低心多边形中测量的 SWC，用 HCP 和 LCP 表示剖面位置（如 HCP_SWC_40，LCP_SWC_10）。

请注意，并非每个文件都包含所有这些列，如上所述，有些列的名称会有变化，有些列是为 了保持各站点的一致性而包含的，但可能会有全部缺失值。缺失值以-9999 编码。

请注意，并非每个文件都包含所有这些列，有些列的名称会因下文第 5 节所述的简化过程而有所变化，有些列是为了保持各站点的一致性而包含的，但可能会有全部缺失值。缺失值以-9999 编码。

代码

应用与推导

这些数据用于监测北极地貌中二氧化碳、水和甲烷通量的季节变化以及年际差异。这些数据还可用于识别北极地区二氧化碳和甲烷通量的模式，以确定全球碳增量、生态系统呼吸以及地貌碳汇和碳源活动变化的环境驱动因素。涡度协方差塔的测量数据也是校准和验证生态系统模型所必需的。

质量评估

利用 Watts 等人（2014 年）所述的卫星数据驱动建模方法，对三个塔的观测数据进行了间隙填充。填补空白的数据容易受到模型误差的影响。CH4 缺口填补采用了马克斯-普朗克生物地球化学研究所设计的方法（http://www.bgc-jena.mpg.de/~MDIwork/eddyproc/method.php）。在数据文件的质量标志列中，填隙数据点的值为 1。

数据采集、材料和方法

地点描述

阿特卡苏克

阿特卡苏克站点位于巴罗以南 100 公里处。站点海拔为 25 米 ASL，仪器高度为两米。该站点的植被是各种潮湿的沿海莎草苔原和排水较好的高地潮湿的草丛苔原。国际地圈生物圈计划（IGBP）将其土地植被归类为永久性湿地。年平均气温为零下 10.8 摄氏度。

巴罗

巴罗站点位于阿拉斯加州巴罗镇以东 10 公里处，毗邻 NOAA CMDL 实验室。站点海拔为 ASL 4 米，仪器高度为 5 米。植被在无人管理和未受干扰的北极苔原环境中发育成熟，由湿润的莎草、禾本科植物、苔藓和各种地衣组成。IGBP 的土地覆盖被归类为永久性湿地。该地周围的地貌在历史上没有受到过任何干扰，在上一次冰川时期，地形也没有受到严重的冰川作用。年平均气温为零下 11.3 摄氏度。

巴罗环境观测站（Barrow Environmental Observatory，BEO）包括巴罗环境观测站塔、南部生物复杂性实验（Biocomplexity Experiment，South，BES）塔和气候监测与诊断实验室（Climate Monitoring and Diagnostics Laboratory，CMDL）塔。

伊沃图克

伊沃图克塔是最南端的塔址，位于布鲁克斯山脉山麓的 IVO 简易机场附近，巴罗以南约 300 公里，地处极地苔原。站点海拔为 579 米（ASL），仪器高度为 4 米。IGBP 的土地覆被被归类为永久性湿地，植被由簇生莎草、矮灌木和苔藓苔原组成。年平均气温为零下 8.9 摄氏度（Zona 等人，2015 年）。

通量测量

所有站点都使用了洛斯加托斯研究公司的 FGGA 气体分析仪，但 IVO 除外，因为那里电力不足，只能使用开放路径 LI-7700 分析仪。在 CMDL 中还使用了第二台 LI-7700 分析仪与 FGGA 分析仪，以确保使用这两台仪器得出的结果具有可比性。

使用 EddyPro 软件（LI-COR）根据原始数据计算半小时通量。缺失的 CH4 通量数据将被填补。

环境变量

使用 CR-23X 数据记录器（Campbell Scientific），在五个导电率塔上每隔 10-15 秒记录一次各种气象变量，并取半小时的平均值：

太阳辐射：

在所有地点用量子传感器（LI-190；Li-COR）测量光合有效辐射（PAR） 在 BES、BEO、CMDL 和 ATQ 使用净辐射计（REBS Q7（辐射与能量平衡系统公司）；在 IVO 使用 NR Lite（Kipp 和 Zonen））记录净辐射量。 在所有观测点使用高温计（CMP3；Kipp and Zonen）测量太阳入射辐射 一般情况：

在 CMDL、BES 和 ATQ 使用维萨拉 HMP 45 测量空气温度和相对湿度 (RH)，在 IVO 和 BEO 使用维萨拉 155a 测量空气温度和相对湿度 (RH) 用 REBS HFT3（辐射与能量平衡）在所有站点的 4 至 6 个位置测量 2 至 5 厘米深度的土壤热通量 风速和风向（03001 Wind Sentry Set） 降水量（TE525WS；德州电子公司） 土壤

使用 REBS HFT3（辐射与能量平衡）在所有站点的 4 至 6 个位置测量 2 至 5 厘米深度的土壤热通量。 在 BES、ATQ 和 IVO 的以下深度用热电偶（T 型或 E 型；Omega Engineering）测量土壤温度： BES：地表、1、5、10、20 和 30 厘米处

ATQ：5、15 和 30 厘米处的四个剖面

IVO：地表 5、15、30 和 40 厘米处的四个剖面

在 BES、ATQ 和 IVO 使用含水量反射仪 CS616（Campbell Scientific）测量土壤水分： BES：将反射仪垂直（0-30 厘米）或对角插入不同土层（0-10 厘米和 20/-30 厘米）进行测量

ATQ：在 5、15 和 30 厘米处水平测量（两个剖面）

IVO：在地表、5、15 和 30 厘米处测量（三个剖面）

在 BEO、BES 和 ATQ 使用声波测距传感器测量积雪深度，在 IVO 使用 SR50A-L 雪传感器（Campbell Scientific）测量积雪深度。

统一气象变量

如前所述，这些站点的气象测量数据是 Oechel 等人（2016 年）先前存档数据的延续。

本数据集中的五个塔点使用类似的仪器测量了这组通用的气象变量。然而，这些测量数据最初并没有以一致的列名和结构化文件进行报告。为便于将当前站点的气象数据附加到 Oechel 等人（2016 年）的数据中，ORNL DAAC 数据中心（ORNL DAAC Data Center）将当前数据文件的变量名（在适当时）与 Oechel 等人（2016 年）的其中一个文件（即 SDSU_BRW_2013.csv）进行了统一。

代码

!pip install leafmap
!pip install pandas
!pip install folium
!pip install matplotlib
!pip install mapclassify
 
import pandas as pd
import leafmap
 
url = "https://github.com/opengeos/NASA-Earth-Data/raw/main/nasa_earth_data.tsv"
df = pd.read_csv(url, sep="\t")
df
 
leafmap.nasa_data_login()
 
 
results, gdf = leafmap.nasa_data_search(
    short_name="AK_North_Slope_NEE_CH4_Flux_1562",
    cloud_hosted=True,
    bounding_box=(-165.68, 34.59, -98.1, 71.28),
    temporal=("2017-07-20", "2017-08-08"),
    count=-1,  # use -1 to return all datasets
    return_gdf=True,
)
 
 
gdf.explore()
 
#leafmap.nasa_data_download(results[:5], out_dir="data")

引用

Oechel, W., and A. Kalhori. 2018. ABoVE: CO2 and CH4 Fluxes and Meteorology at Flux Tower Sites, Alaska, 2015-2017. ORNL DAAC, Oak Ridge, Tennessee, USA. ABoVE: CO2 and CH4 Fluxes and Meteorology at Flux Tower Sites, Alaska, 2015-2017, https://doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1562