DB51 T 854-2008 《草原生态气象观测评估 第一部分 草原小气候观测规范》.pdf

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1、 DB51ICS 07.060 A 47 备案号： 四川省地方标准DB51/T 8542008草原生态气象观测评估 第 1 部分：草原小气候观测规范 Ecological meteorology observation and assessment in grassland Part 1: Guideline of grassland micro-climate observation 20080808 发布 20080901 实施 四川省质量技术监督局发布DB51/T 8542008 I 目 次 前言 . II 引言 III 1 范围 1 2 术语和定义 1 3 惯用语 1 4 基本要求 1

2、 5 观测程序 4 6 观测内容 4 附 录 A . 7 （资料性附录） 7 草原小气候观测程序 7 附 录 B . 8 附 录 C . 9 附 录 D 10 DB51/T 8542008 II 前 言 本标准按照GB/T 1.1一2000标准的结构和编写规则、GBT1.2-2002标准中规范性技术要素内容的确定方法等规范要求进行编写。 本标准为新起草的标准，并无其他标准被废止或替代。 本标准由四川省气象局提出并归口。 本标准由四川省质量技术监督局批准。 本标准由四川省气象局政策法规处负责解释。 本标准主要起草单位：中国气象局成都高原气象研究所。 本标准主要起草人：罗磊、彭国照。 DB51/T

3、 8542008 III 引 言 四川有草原20多万平方公里，占全省土地面积的43%。就面积和分布范围而言，草原是四川最重要的陆地生态系统之一。四川草原多数分布于川西高原，位于主要江河的上游和源头区域，既是重要的畜牧业生产基地，也发挥着涵养水源、保持水土、维护生物多样性等多种生态效益，在四川乃至整个长江、黄河上游都占有重要的生态和经济地位。由于全球气候变化以及长期超载过牧等不合理开发利用，四川草原面临着草场退化、沙化、水土流失、生产力下降、鼠虫害严重、毒杂草和外来生物危害等生态问题。因此，加强对四川草原生态与气象的监测与评估，对于准确认识四川草原生态气候状况和掌握其发展变化规律，科学地指导草原

4、生态保护治理和畜牧业生产，都具有十分重要的意义。 为了统一四川草原生态气象观测与评估的技术方法与要求，便于科学、规范地开展草原小气候观测、草原生态调查、草原气象灾害调查以及草原生态质量评估等工作，四川省气象局组织有关单位和人员制订了本标准。 DB51/T 8542008 1 草原生态气象观测评估 第 1 部分：草原小气候观测规范 1 范围 本标准规定了草原牧草生长环境和畜牧生产活动环境小气候观测的目的、规范、观测项目和技术方法。 本标准适用于草原生态气象观测、评估和科研等活动中的小气候观测。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准： 2.1 草原 生长着以一年生或多年生草本植物为优势建群物

5、种的天然或人工植被的土地类型，可用于畜牧业、生态保护或旅游观光等目的。 2.2 草原小气候 由于下垫面构造和特性不同以及人类活动影响所形成的草原近地层和土壤上层特殊的局地小环境气候。草原小气候空间尺度垂直方向在近地层气层10m以内，水平方向为数米至数百米。 3 惯用语 下列惯用语适用于本标准： 3.1 小气候观测 研究和探索各种类型下垫面影响下产生的小气候特点及其形成过程的特殊的气象观测。所观测的小气候应具有独立性，即小气候的形成主要受所观测下垫面的影响，而不取决于周围地区和空气平流的影响。一次小气候观测的持续时间取决于观测目的，可以是一周至一个月，或一个生长季节、一年等。 3.2 观测地段

6、位于小气候背景范围内，能够充分反映所观测下垫面上小气候特点，用以作为理想观测位置的区域。 3.3 观测点 在观测地段内选择用于安放观测仪器或开展人工目视观测调查的具体位置。 3.4 观测项目 反映小气候特征的物理要素，也称小气候要素。包括仪器观测项目和目视观测项目。 3.5 观测记录 对观测项目逐次观测所形成的观测数据记载。原始观测记录表现为手工记载的观测记录表（簿），原始观测记录通过数字化录入后形成观测记录数据库。 4 基本要求 4.1 观测目的 对草原小气候的辐射、热量、气压、水汽和大气成分等要素进行有选择的定点观测，取得准确可靠的观测数据，分析掌握小气候特征，为牧情调查、生态评价、气象科

7、学研究、指导畜牧业生产和草原生态保护提供科学依据。 DB51/T 8542008 2 4.2 观测范围 对牧草生长和畜牧业生产环境水平方向数十至数百米，垂直方向1m 10m范围内地气之间直接进行物质、能量交换的过程进行观测。 4.3 观测要素 主要包括辐射、温度、湿度、空气运动、大气成分等方面的要素（表1） 表 1 草原小气候观测要素 要素 观测项目 辐射 辐照度、总辐射量、反射辐射、净辐射、光合有效辐射、散射辐射、光照度、光照时间、辐射光谱特征等 温度 气温、地表温度、土壤温度、环境平均辐射温度等 湿度 水汽压、绝对湿度、相对湿度、露点、饱和差等 气压 地面大气压 空气运动 风速（水平、垂直

8、）、风向、风速廓线等 大气成分 主要大气成分（CO2、O2、H2O等）的浓度、密度、摩尔浓度、通量等 4.4 观测方式 4.4.1 定点观测 在观测地段内设置固定观测点进行连续观测。 4.4.2 流动观测 在选定的区域内，为扩大数据采集范围，通过移动仪器在多个测点上对特定项目进行观测。 4.4.3 线路考察 为了解区域小气候要素的分布特点，使用车载或人工携带仪器沿特定线路进行的观测。 4.5 观测点选择 4.5.1 选择原则 代表性：选择观测区域内有代表性的典型地段设置测点，基本点、辅助点一般都要设在代表性地段。 可比性：根据观测目的需要对相关要素做对比观测时，应该在代表地段的附近选择这些要素

9、有区别的地段(对照地段)设置对照点。 相似性：选择对照地段时，拟对比分析的要素观测值可以不同，而其它要素的观测值均应尽量保持一致。 4.5.2 观测点分类 观测点是在观测地段内选择用于安放观测仪器或人工目视观测调查的具体位置。分为基本点、辅助点和对照点3类。基本点是在具有小气候代表性的观测地段设立的固定测点，观测的仪器和项目全，观测人员和观测次数完整。辅助点是根据需要增设的辅助观测点，常位于基本点之间。观测项目和次数可以少于基本点。对照点是为确保观测的可比性，在开阔平坦地段设置用于对比的观测点。观测项目及次数与基本点相同。 4.5.3 测点布设 4.5.3.1 观测地段选择 观测地段是位于小气

10、候背景范围内，能够充分反映所观测下垫面上小气候特点，用以作为理想观测位置的区域。观测地段对拟观测的草原小气候特征应具有充分的代表性。观测地段的大小应保证各测点所安放的仪器和观测活动不会相互影响。 4.5.3.2 最小观测地段 为确保观测地段具有特定草原下垫面上所形成的独立小气候，最小观测地段应满足： 如果临近地段的下垫面条件与观测地段差异大，则观测地段的最小面积应当足够大，根据实际情况确定，最好应300300m。 DB51/T 8542008 3 如果位于盛行风向的上风方向的临近地段下垫面条件与观测地段差异大，则观测地段的最小面积应当加大。 如果位于盛行风向的下风方向的临近地段下垫面条件与观测

11、地段差异大，则观测地段的最小面积不一定加大。 4.5.3.3 观测点设置 观测地段内小气候要素分布较均匀时，可以设置2-4个重复测点。观测地段内小气候要素分布不均匀时，可以沿重点观测要素的梯度方向设点，其数量应能够反应梯度的变化，即考虑梯度的变化率，使两测点之间观测的差值不小于观测仪器的绝对误差值。 4.5.4 观测点环境 4.5.4.1 测点位置及序号 测点位置应记载：测点序号、地理坐标（经度、纬度）和海拔高度。对观测地段内设置的多个观测点之间距离和方位进行测量，在方格纸上绘制测点位置图。 测点序号采用五位编码：从左至右：第1-2位为 测点序号，第3位表示测点类型，第4-5位表示代表性草本植

12、物名称。 4.5.4.2 测点环境调查 应该在设置观测点时对观测地段的环境进行调查，详细记载地形、植被、土壤、建筑等环境条件。 地形：调查记载地形走向，观测剖面与地形的关系，记载坡度、坡向、坡位。附近有水域时，记载水域面积，测点与水域相对位置关系和距离。 植被：调查记载植被性质，高度、密度、盖度、群落结构、组成种类、生长状况、发育期、季相等。 土壤：土壤种类、剖面特征，如具备观测能力，也应调查土壤物理性质和组成成分、母岩种类、地下水位高度。 建筑：测量记载测点周围建筑物大小、高度、密度，与测点的相对位置关系。 4.6 观测时间 4.6.1 一般要求 为了掌握小气候的日变化特征，太阳辐射等要素观

13、测时间的选择按地面气象观测规范执行，观测方法参见中国气象局气象辐射观测方法。观测时次分为全天连续观测和定时观测两种。全自动小气候观测系统可以进行连续观测。定时观测适用于人工观测系统。 4.6.2 观测时间选择 4.6.2.1 定时观测时间 考虑季节、牧草发育期、天气背景状况选择观测时段，在各观测时段内选择晴天、阴天、多云天等类型天气分别进行观测。定时观测要以能够反映要素完整日变化为原则，一昼夜可有25次、13次、9次和5次观测。至少保证1次以上与临近气象台观测时间同步，均以20时为观测日界。 4.6.2.2 人工观测持续时间 每次观测持续时间不超过20min，即正点前10min起测，正点后10

14、min结束。 4.7 观测高度 4.7.1 一般要求 草原小气候要素的垂直梯度变化大，且具有明显的日变化，是重要的观测内容。观测的高度和深度的确定以及层次的布设应当根据观测目的与观测地段具体情况而定，一般高度5m，深度50cm。 4.7.2 观测高度 对于牧草生长高度较矮的四川草原小气候观测，建议仪器观测高度为： 辐射观测：冠层内、牧草冠层高度以及冠层以上0.5m处。 温度、湿度：0.2m，牧草冠层高度以及冠层以上0.5m和2m处。 风：牧草冠层高度以及冠层以上2m或3m处。观测层次根据观测目的而定。 地温、土壤湿度：0cm, 5cm，10cm，15cm，20cm，40cm、50cm。 DB5

15、1/T 8542008 4 4.8 观测仪器 4.8.1 仪器选择 4.8.1.1 仪器选择原则 参考相关仪器的种类、精度、性能要求并考虑移动和安装的方便进行选择，遵循适用的原则。 4.8.1.2 仪器种类 4.8.1.2.1 常规观测仪器 目前各类新仪器、新的先进观测手段不断涌现，这里仅推荐目前最常用的一些观测仪器。 辐射：总辐射表、光量子仪、净全辐射表、管状总辐射表。 空气温度、湿度：阿斯曼通风干湿表、铂电阻温度表。 地面温度：地面温度表、铂电阻。 地温：直管地温表、曲管地温表、铂电阻。 风速、风向：风杯风速表、热球微风速表、热线风速仪。 降雨量：雨量筒、雨量计。 CO2浓度：红外CO2分

16、析仪。 4.8.1.2.2 自动观测系统 自动化小气候观测系统：能够进行多层次辐射、温度、湿度、风速、风向的自动观测和数据采集。 4.8.1.3 仪器允许误差 以下仅就目前常用的仪器的允许误差进行建议，随着仪器先进性、精密性的提高，误差可以更小。 辐照度：5 35Wm-2 光照度：满量程的2% 温度：0.05 0.2 空气湿度：相对湿度5%，绝对湿度10 20Pa CO2浓度：质量浓度，1510-6 氧浓度：质量浓度，空气氧0.5%，溶解氧0.3% 风速：0.10.5m s-14.8.2 仪器安装要求 仪器安装以确保仪器稳定工作能取得可靠观测数据为原则。 仪器安装高度应该由北向南递减，仪器安放

17、位置不要相互形成遮蔽、阻挡等干扰。 建议使用小气候观测架，用以架设或放置观测仪器或仪器的传感器。 由于野外观测条件千差万别，不可能规定统一的仪器配置和安装方案，应根据具体观测目的、观测地段的自然特征以及所选仪器的操作规范，按照前面所述要求选择最佳位置和方式配置各类观测仪器。 5 观测程序 5.1 观测实施 观测前要制定小气候观测方案，熟悉操作规程，指定负责人和专职观测人员。观测人员必须严格按照各种观测规范和观测方案实施观测。各观测点应该按规定的时间、程序同步观测，严格值班、交接班手续。每次定时观测时，要有现场负责人对观测过程和数据进行审核把关，妥善保管各类观测表（薄）。 5.2 观测程序 不同

18、的观测任务配置的仪器和观测的项目均有所不同，观测程序也不尽相同。一个典型的草原观测程序见附录A（梯度观测，可设置若干层高度，要素：辐射、温、湿、风、CO 2等，使用常规观测仪器）。 6 观测内容 6.1 主要观测项目 DB51/T 8542008 5 6.1.1 器测项目 草原小气候观测主要器测项目、定义、观测内容、范围、精度和标准观测方法见附录B，有关观测方法规范，也可参见中国气象局地面气象观测规范以及气象仪器和观测方法指南。 6.1.2 目测项目 目测项目由观测人员目视观察确定，观测的准确程度取决于观测者的经验。草原小气候观测的主要观测项目有：云状、云量、日光和天气现象等。具体观测要求参见

19、地面气象观测规范。 6.2 观测记录 6.2.1 观测记录格式 根据每次小气候观测的特定目的、内容、布点、时段、时次等具体需求设计观测记录格式。设计记录表(薄)时应当注意，应当包括所有的观测项目，每一记录表记载一种要素，按观测顺序，逐项记载观测数据（参见附录C）。 6.2.2 观测记录内容 除观测要素本身的记录外，还应当记录： 观测点编号、名称、观测时间、负责人、观测员 观测环境描述：地形、地物、建筑、海拔、坡度、坡向、坡位、土壤、植被等 天空状况：云量、云状、天气现象、日光情况 仪器安装情况：位置、高度、仪器编号、标校情况、仪器分布图 各高度/深度各次观测的要素读数、器差及修订值 各类工作人

20、员签名：观测、校对、审核、抄录、初算、复算等人员签名 备注或其它特殊项目记载 6.3 观测数据审核 6.3.1 观测数据初审 应当在每次观测后，对观测数据进行初审，对其可靠性、合理性进行判断。初审的主要内容有： 有无漏测。如有，需及时补测并记载补测时间 观测数据有无明显偏大或偏小者 分析观测要素随时间、垂直以及水平方向的分布关系 分析某观测要素与另一要素间的匹配关系 6.3.2 异常观测数据复审 初审之后，对异常的数据要再次进行检查、分析，排除以下异常原因： 观测过失引起的误差 设点不当，观测点代表性不够带来的异常 仪器时间响应不够引起的误差 观测人员个人因素引起的系统误差 6.3.3 观测异

21、常数据的取舍原则 排除仪器系统误差和人为过失等原因后，对于异常数据可根据以下两准则进行检验，决定取舍： 3准则 设为观测的标准误差，某批次观测数据的绝对误差为|X i|，若在912次的读数中 |X i|3 X则检测出该次读数中含有异常数据，应舍弃。 Grubbs准则 设n次测量，已知平均值为 X ，标准差为S X，将读数 i由小到大排列,并设X m表示读数中的最大值或最小值，计算： DB51/T 8542008 6 G =(Xm-X )/SX给定显著水平和读数次数n,可求得临界值G 0(n, ),如果GG 0(n, ),则该极值对应的读数应该舍弃。G 0(n, )计算方法参见附录D。 6.4

22、小气候观测报告 一次小气候观测结束后，应及时对观测结果进行分析总结，并根据观测目的提交小气候观测报告。报告主要内容应包括：报告名称，观测单位，报告编制人、报告编制日期、观测目的、观测方案、观测过程描述、观测原始报告、观测数据分析、观测结果评价、总体结论等。 DB51/T 8542008 7 附 录 A （资料性附录） 草原小气候观测程序 草原小气候观测程序 时间(分) 观测项目 仪器 操作内容 -15 巡视 全部仪器 巡视全部仪器，记录天气状况，仪器调零和校准 草冠层下辐射 总辐射和光量子仪 水平移动观测 -10 CO2 浓度 红外 CO2 分析仪 接通测量气路，第一次读数 -8 土壤温度 土

23、壤温度表 由浅入深逐层第一次读取各深度土壤温度 -6 风速 风杯风速表 启动风速表，读数 -5 冠层上方辐射 净全辐射表，总辐射表，光量子仪 打开罩盖，按净辐射、总辐射、反射辐射、光量子通量密度顺序第一次观测 -3 空气温、湿度 温度表、湿度表 由低到高逐层第一次读取各高度温度、湿度-1 冠层上方辐射 净全辐射表，总辐射表，光量子仪 按净辐射、总辐射、反射辐射、光量子通量密度顺序第二次观测 1 空气温、湿度 温度表、湿度表 由低到高逐层第二次读取各高度温度、湿度3 草冠层下辐射 总辐射和光量子仪 水平移动观测 5 风速 风杯风速表 读数，关闭风速表 6 土壤温度 土壤温度表 由浅入深逐层第二次

24、读取各深度土壤温度 8 CO2 浓度 红外 CO2 分析仪 第二次读数，关闭气泵 10 结束 记录日光、天气状况，审核观测记录 DB51/T 8542008 8 附 录 B （资料性附录） 草原小气候观测器测项目 草原小气候观测器测项目 项目 项目定义 观测内容和精度 推荐观测方法 总辐射 在水平面上从天空 2 球面度立体角所接受的短波辐射。记为Eg,度量单位MJ m-2,累计量单位MJ m-2,测站总辐射量， 精度：5% 使用经过标定的总辐射表测量 反射辐射 水平面上从下方 2 球面度立体角所接受的短波反射辐射。 记为Er，度量单位W m-2,下垫面向上反射的短波辐射 精度：5% 将总辐射表

25、感应面朝下安装测量 净辐射 一定高度水平面上接受到的来自上下两方面的全辐射差额，记为E，度量单位 W m-2,测量太阳与大气向下辐射的全辐射与地面的反射辐射和地面向上发射的全辐射之差值。 精度：10% 使用经过标定的净辐射表测量 紫外辐射 在水平面上从天空 2 球面度立体角所接受的波长小于 400nm的辐射，记为UV，度量单位 W m-2,达到地表的太阳辐射中波长小于 400nm 的辐射部分。 精度：10% 采用紫外日射表或分光辐射表配相应的滤光片测定 光合有效辐射 在水平面上从天空 2 球面度立体角范围内所接受的波长400nm700nm的辐射，记为PAR ，度量单位 W m-2测定太阳辐射中

26、波长为400nm700nm 的辐射部分。 精度：10% 使用专用的光量子仪测量 温度 大气规定高度上的空气温度值，记为 T，度量单位 规定高度层次上的瞬时和定时温度值。 范围：-20 +50。 精度：0.2 采用高精度温度表测量。采用互换性好的铂电阻作为温湿敏感元件，由标准温度计标定湿度 大气规定高度上的空气相对湿度值，记为 f，度量单位百分比（% ）规定高度层次上的瞬时和定时湿度值。 范围：0%100% 。 精度：5% 采用高分子薄膜电容作为湿度传感器，由标准湿度计标定。也可采用通风干湿表法测量 地表温度、土壤温度 下垫面（裸露土壤表面、草面、雪面）温度和不同深度的土壤温度，记为 Ts，度量

27、单位 下垫面和规定深度土壤的瞬时和定时温度值。 范围：-20 +50。 精度：0.2 使用玻璃液体地温表和铂电阻地温传感器 风速 大气规定高度上的水平风速，记为v，基本度量单位m s-1规定高度上的水平风速的瞬时值、定时值和平均值范围：0.5 50 m s-1 精度：0.5 m s-1。 (5 ms-1),10%(5 m s-1) 使用风杯或螺旋桨式风速表测定安装高度上的风速 风向 大气规定高度上的风向，记为 W,度量单位: 方位度() 规定高度上风向的瞬时值、定时值 范围：0 360 精度：5 采用风标式和标准的线性电位器或光电转换技术作为风向传感器 DB51/T 8542008 9 附 录 C （资料性附录） 草原小气候观测X要素观测原始记录表 草原小气候观测 X 要素观测原始记录表 时间 时：分 序号 正点前 正点后 平均 订正后 备注 1 2 3 n 总和 平均 天空状况 云量 总/低 云状 日光 观测前 观测后 DB51/T 8542008 10 附 录 D （资料性附录） Grubbs检验计算方法 设某次测量取得N项数据，按下式计算G值： 式中，Y i 为第i次观测值， 为样本平均值，S为样本标准差。G为样本中最大的相对偏差值。 在给定信度水平 /(2N)下，查 检验值，按下式计算临界值G 0： 若某次测量所得相对偏差值GG 0,即可判定此次测量值为离异值，可舍弃。