生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系

蘇文^1,2,?張黎^1,2,?郭學(xué)兵^1,2,?何洪林^1,2,?唐新齋^1,2,?任小麗^1,2

1?中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

2?國(guó)家生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心，北京 100101

?摘要：生態(tài)系統(tǒng)水、土、氣、生要素的長(zhǎng)期定位觀測(cè)和數(shù)據(jù)積累可為生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)及管理提供科學(xué)依據(jù)，但目前國(guó)內(nèi)尚未建立生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系，無法為數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)提供有效指導(dǎo)。首先分析了國(guó)際生態(tài)環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系，然后結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)規(guī)范與數(shù)據(jù)資源的實(shí)際狀況，基于數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類、數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級(jí)兩個(gè)維度提出了一套生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系。該體系既能表現(xiàn)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)容，又能表達(dá)數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工過程，并被應(yīng)用于中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）森林生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系的設(shè)計(jì)。該數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系具有較好的實(shí)際操作價(jià)值，對(duì)提升長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的使用價(jià)值具有重要作用。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè) ; 數(shù)據(jù)產(chǎn)品 ; 生態(tài)系統(tǒng)要素 ; 數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類 ; 數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級(jí)

論文引用格式：

蘇文, 張黎, 郭學(xué)兵, 等. 生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系[J]. 大數(shù)據(jù), 2022, 8(1): 84-97.

SU W, ZHANG L, GUO X B, et al. Classification of ecosystem long term observation data product[J]. Big Data Research, 2022, 8(1): 84-97.

0 引言

生態(tài)系統(tǒng)水、土、氣、生要素的長(zhǎng)期定位觀測(cè)和數(shù)據(jù)積累是開展生態(tài)學(xué)長(zhǎng)期研究的重要手段之一，可以揭示生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的長(zhǎng)期變化，為生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)及管理提供科學(xué)依據(jù)。生態(tài)環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)是開展多變量綜合觀測(cè)、多學(xué)科交叉研究、多臺(tái)站和多生境聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)，以及多層次研究項(xiàng)目聯(lián)合實(shí)施的綜合性野外平臺(tái)。隨著全球性生態(tài)環(huán)境研究的不斷深入，許多國(guó)家和地區(qū)紛紛建立生態(tài)環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)，以開展生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)與研究。在我國(guó)，中國(guó)科學(xué)院于1988年建立了中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（Chinese ecosystem research network，CERN），目前CERN由44個(gè)生態(tài)站、5個(gè)學(xué)科分中心（分別為水分、土壤、大氣、生物和水域生態(tài)系統(tǒng)）和1個(gè)綜合研究中心組成。從1998年開始， CERN按統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)指標(biāo)和技術(shù)規(guī)范對(duì)我國(guó)農(nóng)田、森林、草地、荒漠、湖泊、海灣、濕地、城市等典型生態(tài)系統(tǒng)開展長(zhǎng)期定位觀測(cè)，獲取了系統(tǒng)的、動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的水分、土壤、大氣、生物等要素的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并提供共享服務(wù)。林業(yè)部門從20世紀(jì)50年代開始逐步建立了中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究網(wǎng)絡(luò)（Chinese forest ecosystem research network，CFERN），目前CFERN已發(fā)展成橫跨30個(gè)緯度、代表不同氣候帶的由73個(gè)森林生態(tài)站組成的網(wǎng)絡(luò)，基本覆蓋了中國(guó)主要的典型生態(tài)區(qū)，可開展陸地生態(tài)系統(tǒng)水分要素、土壤要素、氣象要素和生物要素基本觀測(cè)。經(jīng)過多年建設(shè)，CFERN在管理、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)共享等方面取得了一定進(jìn)展。但是，我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)獲得的數(shù)據(jù)主要是按照觀測(cè)規(guī)范的規(guī)定內(nèi)容記錄的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使用時(shí)需要進(jìn)行一定的加工、處理，因此服務(wù)對(duì)象主要為專業(yè)科研人員。將生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有效的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，拓展數(shù)據(jù)服務(wù)的廣度和深度，更好地服務(wù)于科研、管理和公眾，是今后生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)展方向。

數(shù)據(jù)產(chǎn)品可以被理解為具有產(chǎn)品屬性的數(shù)據(jù)，是能夠滿足用戶使用需求、有可靠質(zhì)量保證的數(shù)據(jù)集合；數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系通常指一系列具有內(nèi)部關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品的總和。迄今為止，國(guó)內(nèi)尚未建立生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系，無法為數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)提供有效的指導(dǎo)。本文從討論國(guó)際生態(tài)環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系入手，基于數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類、數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級(jí)兩個(gè)維度提出了一套生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系，期望能為最終建立完善的生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系起到拋磚引玉的作用。

1 國(guó)際生態(tài)環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系現(xiàn)狀

英國(guó)、美國(guó)等國(guó)的生態(tài)環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)都對(duì)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系進(jìn)行了深入的探索與實(shí)踐，為我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系的構(gòu)建提供了借鑒和科學(xué)依據(jù)。

1.1 英國(guó)環(huán)境變化監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系

英國(guó)環(huán)境變化監(jiān)測(cè)網(wǎng)（environmental change network，ECN）成立于1992年，是一個(gè)對(duì)英國(guó)環(huán)境和生物群落進(jìn)行長(zhǎng)期綜合觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過20多年的運(yùn)行， ECN由最初的8個(gè)站點(diǎn)發(fā)展到57個(gè)站點(diǎn)，其中陸地生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)站有12個(gè)，淡水生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)站有45個(gè)，覆蓋了英國(guó)當(dāng)前的主要環(huán)境狀況。

ECN按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)選定的物理、化學(xué)和生物指標(biāo)進(jìn)行持續(xù)的長(zhǎng)期觀測(cè)，規(guī)定了所有站點(diǎn)必須觀測(cè)的常規(guī)核心觀測(cè)要素。陸地生態(tài)系統(tǒng)主要包括氣象、大氣化學(xué)、降水化學(xué)、地表徑流與地表徑流化學(xué)、土壤溶液化學(xué)、土壤性質(zhì)、植被、無脊椎動(dòng)物、脊椎動(dòng)物等，淡水生態(tài)系統(tǒng)主要包括地表水化學(xué)、地表徑流、葉綠素a、大型無脊椎動(dòng)物、水生大型植物、浮游動(dòng)物、浮游植物、附生植物等。

觀測(cè)數(shù)據(jù)由站點(diǎn)按照規(guī)范中規(guī)定的頻率，利用自動(dòng)記錄、實(shí)地調(diào)查等方式收集，定期發(fā)送至ECN數(shù)據(jù)中心，以標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)集中存儲(chǔ)到由原始數(shù)據(jù)構(gòu)成的核心數(shù)據(jù)庫(kù)。相關(guān)的綜合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)由原始數(shù)據(jù)的月度、季度和年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)組成，可以通過網(wǎng)站上提供的數(shù)據(jù)可視化界面進(jìn)行數(shù)據(jù)展示。數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，并與ArcGIS關(guān)聯(lián)[8]。為了提升數(shù)據(jù)的可用性，ECN整編了陸地生態(tài)系統(tǒng)站點(diǎn)20多年的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)布了19個(gè)數(shù)據(jù)集，包含了超過20年（1993—2015年）的生物、氣象和生物地球化學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集以逗號(hào)分隔的文件形式提供，同時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)集都被賦予了數(shù)字對(duì)象標(biāo)識(shí)符（digital object identifier，DOI），以便用戶使用和引用。這一超過20年的數(shù)據(jù)庫(kù)提供了英國(guó)各種棲息地環(huán)境變化的長(zhǎng)期基準(zhǔn)，為環(huán)境變化評(píng)估提供了支撐。

1.2 美國(guó)國(guó)家生態(tài)觀測(cè)站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系

美國(guó)國(guó)家生態(tài)觀測(cè)站網(wǎng)絡(luò)（national ecological observatory network， NEON）是由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助的大陸尺度長(zhǎng)期生態(tài)變化研究和教育的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，于2019年正式運(yùn)行。NEON由分布于美國(guó)大陸、波多黎各和夏威夷的81個(gè)站點(diǎn)組成，其中包括47個(gè)陸地站點(diǎn)和34個(gè)淡水水體站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)收集有關(guān)植物、動(dòng)物、土壤、養(yǎng)分、淡水和大氣的數(shù)據(jù)。

NEON致力于為科學(xué)界提供標(biāo)準(zhǔn)化、有質(zhì)量保證的數(shù)據(jù)，從而為更好地了解站點(diǎn)、區(qū)域和大陸尺度的復(fù)雜生態(tài)過程提供支撐。NEON數(shù)據(jù)作為“數(shù)據(jù)產(chǎn)品”發(fā)布，包括野外收集的原始數(shù)據(jù)及綜合性、多學(xué)科的數(shù)據(jù)。每個(gè)站點(diǎn)通過自動(dòng)儀器、觀測(cè)采樣和機(jī)載遙感3類系統(tǒng)觀測(cè)各種生物、物理、化學(xué)和生態(tài)特征，獲取的數(shù)據(jù)采用漸進(jìn)的方式進(jìn)行處理，形成0~4級(jí)共5個(gè)級(jí)別的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，各級(jí)別數(shù)據(jù)產(chǎn)品的定義見表1。

目前在NEON數(shù)據(jù)門戶發(fā)布了來自81個(gè)站點(diǎn)的180多個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，分為大氣，生物地球化學(xué)，生態(tài)水文，土地覆蓋和過程，生物體、種群和群落5個(gè)主題。

1.3 國(guó)際通量觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系

國(guó)際通量觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（FLUXNET）是由北美洲、中美洲、南美洲、歐洲、亞洲、非洲等區(qū)域網(wǎng)絡(luò)自愿合作而形成的一個(gè)全球性網(wǎng)絡(luò)，目前包括800多個(gè)通量觀測(cè)站點(diǎn)，分布于世界大部分氣候類型和代表性生物群落，是世界上最大的生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)之一，為全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)、碳收支時(shí)空格局以及生態(tài)系統(tǒng)水碳過程的研究提供了全球范圍的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

每個(gè)站點(diǎn)采用渦動(dòng)相關(guān)法獲取生物圈與大氣之間的碳、水和能量半小時(shí)或小時(shí)分辨率的通量數(shù)據(jù)，包括二氧化碳、水蒸氣、顯熱、潛熱等，同時(shí)還獲取氣溫、降水、輻射等輔助觀測(cè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)由站點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量控制和計(jì)算后，傳輸?shù)絽^(qū)域網(wǎng)絡(luò)和FLUXNET，通過執(zhí)行統(tǒng)一的處理流程進(jìn)行質(zhì)量檢查、缺失插補(bǔ)、通量拆分與統(tǒng)計(jì)，生成增值數(shù)據(jù)產(chǎn)品，即標(biāo)準(zhǔn)化、高質(zhì)量的衍生數(shù)據(jù)產(chǎn)品，以適用于需要多站點(diǎn)可比數(shù)據(jù)做支撐的研究。

完整的數(shù)據(jù)處理結(jié)果共有200多個(gè)變量，包括觀測(cè)和派生數(shù)據(jù)、質(zhì)量信息標(biāo)志、不確定性量化變量以及數(shù)據(jù)處理中間結(jié)果等。為了方便用戶使用，FLUXNET創(chuàng)建了兩類數(shù)據(jù)產(chǎn)品：全集數(shù)據(jù)（FULLSET）和子集數(shù)據(jù)（SUBSET）。全集數(shù)據(jù)包含了數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的所有變量，便于用戶深入理解每個(gè)處理步驟及其對(duì)最終數(shù)據(jù)產(chǎn)品的影響；子集數(shù)據(jù)為根據(jù)大多數(shù)用戶預(yù)期用途選擇全集數(shù)據(jù)中的部分變量形成的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，旨在方便缺乏經(jīng)驗(yàn)的非專業(yè)用戶使用。

2 生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系構(gòu)建

2.1 構(gòu)建方法

雖然國(guó)際上不同生態(tài)環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系內(nèi)容、形式不盡相同，但其核心都是通過設(shè)置多維度的分類方式，滿足不同層次服務(wù)對(duì)象的使用需求，從而促進(jìn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的共享和開發(fā)利用。借鑒有關(guān)國(guó)際長(zhǎng)期生態(tài)學(xué)觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)規(guī)范與數(shù)據(jù)資源的實(shí)際狀況，提出構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系需要遵循以下原則。

● 科學(xué)性原則。構(gòu)建的數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系應(yīng)以生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的特征與相互之間客觀存在的邏輯關(guān)系為依據(jù)，體系結(jié)構(gòu)清晰、合理，并考慮生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的特征與發(fā)展。

● 實(shí)用性原則。數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系應(yīng)簡(jiǎn)潔明確、可操作性強(qiáng)，易于被各類用戶接受與使用。

● 可擴(kuò)展性原則。數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系的構(gòu)建應(yīng)保證隨著數(shù)據(jù)產(chǎn)品種類和數(shù)量的增加，在本體系基礎(chǔ)上能夠進(jìn)行延拓和細(xì)化，并不會(huì)因擴(kuò)展而影響已有的體系結(jié)構(gòu)。

● 適用性原則。數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系應(yīng)覆蓋我國(guó)農(nóng)田、森林、草地、荒漠、湖泊、海灣、濕地、城市等典型生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

按照上述原則，提出基于數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類、數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級(jí)兩個(gè)維度構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系的思路（如圖1所示），既能表現(xiàn)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)容，又能表達(dá)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工過程。

圖1???生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系構(gòu)建思路

2.2 基本內(nèi)容

2.2.1 數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類

生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品采用“大類-中類-小類”的分類結(jié)構(gòu)。

大類的劃分主要依據(jù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品內(nèi)容屬性，分為生態(tài)系統(tǒng)要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。生態(tài)系統(tǒng)要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品為與水分、土壤、大氣、生物等生態(tài)系統(tǒng)要素有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，屬于基礎(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。這類產(chǎn)品既包含生態(tài)系統(tǒng)要素觀測(cè)產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)，也包括對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、整理、統(tǒng)計(jì)等加工處理后形成的不同質(zhì)量、不同數(shù)量、不同時(shí)間頻度（小時(shí)、日、月、年等）、不同空間尺度（樣方、樣地、站點(diǎn)等）的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品為基于生態(tài)系統(tǒng)要素觀測(cè)數(shù)據(jù)形成的支撐某種或多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的站點(diǎn)尺度數(shù)據(jù)產(chǎn)品，是對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行演算分析形成的新數(shù)據(jù)。

大類之下劃分中類。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)要素的主要類型，生態(tài)系統(tǒng)要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品被劃分為4個(gè)中類，其分類和說明見表2。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可以包括有機(jī)質(zhì)的合成與生產(chǎn)、生物多樣性的產(chǎn)生與維持、調(diào)節(jié)氣候、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貯存與循環(huán)、土壤肥力的更新與維持、環(huán)境凈化與有害有毒物質(zhì)的降解、植物花粉的傳播與種子的擴(kuò)散、有害生物的控制、減輕自然災(zāi)害等許多方面，因此生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品中類的劃分采用開放模式，主要依據(jù)其支撐的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能自行定義，具有一定的靈活性和適應(yīng)性。例如，生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品可以被劃分為4個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品中類，其分類和說明見表3。

中類下進(jìn)一步細(xì)分小類。生態(tài)系統(tǒng)要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品各個(gè)中類的小類主要根據(jù)觀測(cè)對(duì)象、觀測(cè)內(nèi)容等劃分。

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境觀測(cè)對(duì)象，水環(huán)境要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品被劃分為3個(gè)小類。

● 水文要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)和水量平衡狀況有關(guān)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括土壤水分含量、蒸發(fā)量、地表徑流量、地下水位等。

● 水物理要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與水的物理性質(zhì)有關(guān)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括水深、水溫、電導(dǎo)率、透明度、水色等。

● 水化學(xué)要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與水中化學(xué)物質(zhì)含量有關(guān)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括鈣離子、鎂離子、鉀離子、鈉離子、碳酸根、pH值、溶解性有機(jī)碳、總氮、總磷等。

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)土壤環(huán)境觀測(cè)對(duì)象，土壤要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品被劃分為3個(gè)小類。

● 土壤物理性質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與土壤物理性質(zhì)方面有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括容重、土壤顆粒組成、土壤溫度、土壤熱通量等。

● 土壤化學(xué)性質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與土壤無機(jī)物、有機(jī)物含量有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括土壤養(yǎng)分、土壤微量元素、土壤重金屬、土壤礦質(zhì)全量、土壤陽(yáng)離子交換量等。

● 土壤剖面描述觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與土壤剖面形態(tài)方面有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，如土壤發(fā)生層形態(tài)、土壤發(fā)生層深度等。

根據(jù)觀測(cè)內(nèi)容，大氣環(huán)境要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品被劃分為4個(gè)小類。

● 地面氣象要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：關(guān)于氣象狀況及其變化的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括空氣溫度、空氣濕度、氣壓、風(fēng)、降水、地溫等。

● 輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與太陽(yáng)輻射和地球輻射有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括總輻射、凈輻射、直接輻射、散射輻射、反射輻射、紫外輻射、光合有效輻射等。

● 小氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：記錄小氣候系統(tǒng)中測(cè)定的某些物理特征量的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括規(guī)定高度或?qū)哟蔚臏囟取⑾鄬?duì)濕度、風(fēng)速、輻射、土壤溫度等。

● 大氣環(huán)境化學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：大氣的干、濕沉降量和溫室氣體等大氣氣體組分觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品及大氣顆粒物質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括大氣總懸浮顆粒物濃度、大氣細(xì)粒物濃度（可吸入顆粒物（PM10）與細(xì)顆粒物（PM2.5））、大氣干沉降量、大氣濕沉降量、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等。

生物要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品以服務(wù)于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與動(dòng)態(tài)研究為目標(biāo)，被劃分為6個(gè)小類。

● 植物群落種類組成與物質(zhì)生產(chǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與植物群落結(jié)構(gòu)、特征、生物量、生產(chǎn)力等方面有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括植物種類組成、植物群落種群數(shù)量特征、生物量、凋落物量、葉面積指數(shù)、浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力等。

● 植物群落動(dòng)態(tài)與物候觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與植物及其群落生長(zhǎng)發(fā)育方面有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括物候、作物生育動(dòng)態(tài)、樹種更新狀況等。

● 動(dòng)物群落種類組成與結(jié)構(gòu)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與重要?jiǎng)游镱惾何锓N、數(shù)量方面有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括鳥類、大型野生動(dòng)物、嚙齒動(dòng)物、昆蟲、土壤動(dòng)物、浮游動(dòng)物等。

● 微生物群落生物量與結(jié)構(gòu)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與微生物的類別、數(shù)據(jù)、生物量等方面有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括土壤微生物群落生物量、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、細(xì)菌總數(shù)等。

● 耕作制度調(diào)查觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與作物種植制度和農(nóng)田耕作管理制度方面有關(guān)的調(diào)查數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括作物種類組成與產(chǎn)值、復(fù)種指數(shù)與作物輪作體系、主要作物肥料投入、主要作物灌溉制度、病蟲害等。

● 生物觀測(cè)背景信息觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：與生物生長(zhǎng)環(huán)境、植被類型、土地利用方式等方面有關(guān)的背景數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括生境要素、人為活動(dòng)與土地利用方式、植被類型與空間分布等。

生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品小類的劃分同樣采用開放模式，例如生產(chǎn)力和固碳功能數(shù)據(jù)產(chǎn)品分為生產(chǎn)力和固碳關(guān)鍵過程參數(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、生產(chǎn)力和固碳數(shù)據(jù)產(chǎn)品2個(gè)小類；生物多樣性功能數(shù)據(jù)產(chǎn)品分為生物多樣性關(guān)鍵過程參數(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、生物多樣性數(shù)據(jù)產(chǎn)品2個(gè)小類；水源涵養(yǎng)功能數(shù)據(jù)產(chǎn)品分為水源涵養(yǎng)功能關(guān)鍵過程參數(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、水源涵養(yǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品2個(gè)小類；土壤保持功能數(shù)據(jù)產(chǎn)品分為土壤保持功能關(guān)鍵過程參數(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、土壤保持?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)品2個(gè)小類。

2.2.2 數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級(jí)

生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品根據(jù)其加工、處理程度的不同被劃分為L(zhǎng)0~L4級(jí)5個(gè)級(jí)別。

● L0級(jí)產(chǎn)品為原始數(shù)據(jù)，包括直接在野外通過儀器設(shè)備自動(dòng)采集并轉(zhuǎn)化后形成的可讀的數(shù)值數(shù)據(jù)或可識(shí)別的圖像、數(shù)字化的人工觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)與野外調(diào)查記錄數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的數(shù)據(jù)。

● L1級(jí)產(chǎn)品為質(zhì)量控制數(shù)據(jù)產(chǎn)品，指基于L0級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行篩選、規(guī)范化處理、質(zhì)量檢查（如異常值、無效數(shù)據(jù)標(biāo)注）得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

● L2級(jí)產(chǎn)品為基礎(chǔ)加工數(shù)據(jù)產(chǎn)品，指L1級(jí)產(chǎn)品經(jīng)過插補(bǔ)或計(jì)算得到的各種數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其數(shù)據(jù)采集空間范圍、觀測(cè)頻度與L1級(jí)產(chǎn)品一致。

● L3級(jí)產(chǎn)品為尺度推繹數(shù)據(jù)產(chǎn)品，指利用L1級(jí)產(chǎn)品或L2級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行尺度上推所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括時(shí)間尺度的推繹數(shù)據(jù)產(chǎn)品（如從小時(shí)/日數(shù)據(jù)到月、年數(shù)據(jù)）和空間尺度的推繹數(shù)據(jù)產(chǎn)品（如從樣方數(shù)據(jù)到樣地、群落數(shù)據(jù)）。

● L4級(jí)產(chǎn)品為融合分析數(shù)據(jù)產(chǎn)品，指基于L1級(jí)產(chǎn)品、L2級(jí)產(chǎn)品或L3級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行模型計(jì)算、融合處理等深度加工所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

L1~L4級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品在L0級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品原生固有價(jià)值基礎(chǔ)上添附了新價(jià)值，屬于增值數(shù)據(jù)產(chǎn)品。生態(tài)系統(tǒng)要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品以數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)量、時(shí)空尺度等為依據(jù)，被劃分4個(gè)級(jí)別，即L0~L3級(jí)，生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品歸為L(zhǎng)4級(jí)。

依據(jù)加工、處理過程的復(fù)雜度，各級(jí)別數(shù)據(jù)產(chǎn)品可根據(jù)具體情況進(jìn)一步劃分子級(jí)，以表征更細(xì)化的處理層次差別。

3 應(yīng)用案例——CERN森林生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系設(shè)計(jì)

CERN目前有11個(gè)森林生態(tài)站，自1998年以來根據(jù)統(tǒng)一的觀測(cè)指標(biāo)體系和操作規(guī)范，按規(guī)定的時(shí)間頻度和觀測(cè)范圍，開展水分、土壤、大氣、生物等要素的觀測(cè)。按照前文提及的產(chǎn)品體系思路， CERN森林生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品分為森林生態(tài)系統(tǒng)要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、森林生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品兩大類，森林生態(tài)系統(tǒng)要素觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的分類分級(jí)體系見表4。

基于以上L0~L3級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，生成森林生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，即L4級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，分類分級(jí)體系見表5。

4 結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系，確定生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的類型和級(jí)別，可以進(jìn)一步規(guī)范數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)，明確各級(jí)產(chǎn)品的用途和服務(wù)對(duì)象， 對(duì)提升長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的使用價(jià)值具有重要作用。

本文通過研究相關(guān)國(guó)際長(zhǎng)期生態(tài)學(xué)觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)規(guī)范與數(shù)據(jù)資源的實(shí)際狀況，構(gòu)建了一套生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系。該數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系在分類方面采用“大類-中類-小類”的分類結(jié)構(gòu)，盡量覆蓋生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)容；在分級(jí)方面以數(shù)據(jù)加工、處理程度為依據(jù)，劃分為5個(gè)級(jí)別，包含了數(shù)據(jù)“量”與“質(zhì)”的改變，具有較高的實(shí)際操作價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介

蘇文（1968-），女，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)信息學(xué)。

張黎（1982-），女，博士，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所副研究員，主要研究方向?yàn)殛懙厣鷳B(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)過程模擬、模型數(shù)據(jù)融合和生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估。

郭學(xué)兵（1967-），女，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)信息學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用開發(fā)。

何洪林（1971-），男，博士，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)信息學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)融合、生態(tài)遙感研究。

唐新齋（1976-），男，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所工程師，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)信息學(xué)。

任小麗（1984-），女，博士，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所副研究員，主要研究方向?yàn)樘佳h(huán)模型數(shù)據(jù)融合與生態(tài)信息學(xué)。

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總結(jié)

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