• 摘要

中国近海观测网络黄海站01号浮标2013～2015年观测数据集

刘长华¹，张斌¹，冯立强¹，王彦俊¹，宋金明¹

1. 中国科学院海洋研究所，山东 青岛，266071

*  通讯作者（Email: lch@qdio.ac.cn）

摘要：为了获取长期连续的北黄海海洋环境综合信息，中国科学院海洋研究所于2009年在北黄海长山群岛以南海域（122º45.02′E；38º45.58′N）布放完成黄海站01号观测浮标，并于2012年进行升级改造；升级完成后，浮标数据的获取质量、数据的传输方式得到极大提升，获取了该区域2013～2015年连续的气象、水文、水质等观测数据。为了更好地利用这些观测数据，我们采用规范的数据处理方法和质量控制体系，对观测数据进行整理和质量控制，并提供网上申请下载服务。

关键词：黄海；浮标；数据集；气象；水文；水质

Observation Data of No.1 Buoy of the Yellow Sea station in 2013~2015, Off-shore Marine Observation and Research Network of China

Liu Changhua¹, Zhang Bin¹, Feng Liqiang¹, Wang Yanjun¹, Song Jinming¹

1. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao, Shandong 266071, China

*Email：lch@qdio.ac.cn

Abstract: For the purpose of monitoring the marine environment of high productivity area on the North Yellow Sea, No.1 ocean observation buoy was laid at the Southern of Changshan Island (122º45.02′E；38º45.58′N) in 2009, and upgraded and transformed in 2012. After the upgrade was completed, the quality of the data acquisition and data transmission mode had been greatly improved. From 2013 to 2015, this buoy carried out long-term and continuous observation data on meteorology, hydrology, and water quality. In order to further use these data, we process them with standard data processing methods and quality control system. Also, download service on the Internet is provided for the user.

Keywords: Yellow Sea; observation buoy; observation data; meteorology; hydrology; water quality

数据库（集）基本信息简介

概  述

海洋观测是海洋科学发展的基础，有组织有计划的实施海洋观测，对于维护海洋权益、保障国家安全、开发海洋资源、推动海洋科学发展，都具有不可替代的重要意义^[1]。鉴于海洋观测在认知海洋方面的重要性，长期以来国际海洋科学组织和海洋强国，纷纷致力于发展海洋观测技术，建设全球或区域的海洋观测系统^[2-3]，以获取实时的海洋环境数据，开展系统的科学研究。

为了获取长期连续的中国近海海洋环境综合信息，中国科学院海洋研究所于2009年初步建设完成了中国近海海洋观测研究网络系统，其中的黄海站01号浮标位于北黄海长山群岛所属獐子岛以南20海里（122º45.02′E，38º45.58′N，见图1），水深约为52 m^[4-5]。该浮标可共享的数据集参数共9项：风速、风向、气压、气温、水温、电导率、盐度、叶绿素、浊度。为保证浮标的正常运行，中科院海洋所设有专门的工作人员定期进行浮标维护，并于2012年8月进行了浮标的整体升级改造，更新了数据采集处理器、波浪传感器、所有传感器线缆、通讯设备等主要部件，升级后该浮标数据质量、数据传输效率等都得到了极大提升，本数据集的组成也是在浮标升级后，获取的2013～2015年期间的观测数据。

图1  黄海站01号浮标位置

作为中国近海观测研究网络的重要组成部分，黄海站01号浮标的建设目的是与黄海站、东海站其他浮标联合组成浮标观测系统，为阐明海洋的长期变化规律、揭示和预测在自然与人类活动双重作用下海洋环境的变化过程提供长期基础资料^[6]；为海洋环境预测、灾害预警提供实时监测数据；为獐子岛周边海域水产养殖、旅游行业等持续稳定发展提供数据支撑。

1  数据采集和处理方法

1.1  数据采集流程

黄海站01号浮标数据的获取主要经过海上数据采集、预处理、无线传输、入库、后处理这一流程展开（图2）。首先浮标上的数据采集系统在预定时间控制传感器进行测量，并自动将数据存储至数据采集控制系统中。之后系统对测量信号进行处理，形成特征值；并对数字信号进行整理，剔除错误数据，完成数据质量的初步控制^[7]。该数据处理过程主要通过传感器的测量范围（表1）及数据格式来判断数据是否有效。

图2  数据采集简易流程图

表1  黄海站01号浮标观测参数

1.2  数据处理

为了保证数据的时效性及准确性。经过浮标数据采集控制系统初步处理后的数据，通过无线数据通讯系统传输至中国科学院海洋研究所数据中心后存入原始数据库，首先通过数据实时展示平台进行展示，以方便用户实时了解海洋环境信息（图3）。

图3  浮标数据实时展示界面

但由于复杂海况、传感器、传输系统等都可能影响数据质量，所以原始数据库中的数据除了用于实时展示外，还会有专门数据工作人员进行后期审核。审核内容包括传输误差检查、时间序列检查、数据一致性检验、极值判别等。经过审核后的数据最终存入中国近海观测研究网络数据库中，提供给用户使用。

2  数据样本描述

黄海站01号浮标获取的观测数据主要分为海洋气象、水文、水质数据三类，共9个参数（表1，其中盐度数据采用PSS78盐度方程通过电导率计算得出），浮标上各传感器采样时间间隔为30分钟。本论文所涉及的数据集是该浮标2012年升级改造后，在2013年1月1日～2015年12月31日期间水质、气象等传感器所采集的风速、风向、气温、气压、水温、电导率、盐度、浊度、叶绿素等9项数据，合计超过36.6万条（风速、风向2个参数每半小时的记录为一条数据；其余每个参数每半小时记录为一条数据）；所有数据以文本的形式存储在数据中心服务器中，并通过统一的数据服务平台管理。在数据服务平台中，以其中的水质数据为例（图4），浮标号001代表此数据是由黄海站01号浮标获取。日期时间格式为“年–月–日–时–分”，例如1405281230（图4中蓝色区域的日期时间）代表数据采集时间为2014年5月28日12时30分。而日期时间后面数值分别对应表头的测量参数，且每种参数对应的单位与表1中测量范围的单位一致。

图4  黄海01号浮标数据样品

由于文本格式的数据并不能直接反应数据的变化特征，所以通过下载数据、绘制图形方法来展示黄海站01号浮标所测数据的变化情况。图5～8分别是利用该观测数据集的气温、气压、水温、风速、风向等数据所绘制的曲线变化图和风场玫瑰图。

图5  2014年黄海站01号浮标气温变化曲线

图6  2014年黄海站01号浮标气压变化曲线

图7  2014年黄海站01号浮标水温变化曲线

图8  2014年黄海站01号浮标风场玫瑰图

3  数据质量控制和评估

由于浮标长时间锚系于海面，多变的海况、天气以及浮标传感器自身问题等都可能对数据质量造成影响。比如，本数据集从2015年12月28日17:30开始，浮标数据出现缺失，由于天气原因一直未能出海进行浮标维护，所以直到2015年12月31日24:00数据缺失现象仍然存在。这种由于传感器造成的数据缺失或者数据异常现象普遍存在于数据集中，因此需要数据中心人员对数据进行初步质量控制后，才能交付给用户使用。首先通过计算机程序检查数据质量，检查内容包括文件传输中断、数据格式错误、数据传输和存储异常等。其次根据浮标不断积累的数据，结合陆基气象站数据，对浮标数据进行人工质量控制；原理是海洋环境的固有属性使得其数据在短时间内不会有较大的突变，并且数据随着季节改变呈规律性变化特征，不同年份的数据具有一定的可比性。所以利用历史资料统计不同季节“标准数据”分布的阈值，进而对新测量数据进行比对校验。这样随着数据的不断积累，“标准数据”的阈值设定会更加准确，数据质量得到不断提升。

此外，近海观测网络工作人员与数据中心工作人员从2014年开始，每季度会对浮标观测资料进行整体分析，形成质量报告（例如表2的2014年度质量报告），以方便用户查询数据分布情况、不可预期因素造成的数据缺失情况等。所有的质量报告可以从近海观测研究网络黄东海站网站（ http://omorn-hd.qdio.ac.cn/）中的工作动态栏目随时查阅。需要说明的是该质量报告所记录的数据条数包括环境敏感信息等数据记录，为保证质量报告的权威性，本文未更改报告。

表2  黄海站01号浮标质量报告（2014年度）

4  数据价值

通过不断的数据积累，黄海站01号浮标获得了大量的高质量长序列基础海洋观测数据，在关系重大社会民生方面起到强有力的支撑作用（如大连溢油事件对生态系统影响的研究、极端天气对水产养殖的影响研究等），取得了很好的使用效果。这充分体现了本数据集对海洋突发事件处理、极端天气事件研究等方面具有重要的社会经济效益和科学研究价值。

5  数据使用方法和建议

黄海站01号观测浮标2013～2015年观测数据集已在“中国科学院近海海洋观测研究网络－黄、东海站”网站（http://msdc.qdio.ac.cn/index.php?s=Observation/article/id/9）发布。由于部分数据涉及环境敏感信息，考虑到数据安全性，用户需要登录网站后下载数据申请表，如实填写相关信息后由数据中心及相关部门审核，审核通过后由数据中心发送至用户使用。同时，如果该数据集如果得到有效引用，请引用者在致谢中标注“中国科学院海洋数据中心”。

致  谢

本数据得到中国科学院近海海洋观测研究网络黄海站的大力支持和帮助，并得到中国科学院海洋研究所科研数据整合与共享应用示范项目的资助。

数据作者分工职责

刘长华（1977—），男，山东省临邑县，博士，高级工程师，研究方向为海洋观测技术，主要承担中国近海海洋观测研究网络系统管理、数据处理工作。

张斌（1987—），男，山东省五莲县，博士，工程师，研究方向为海洋数据处理、数据产品开发，主要承担数据处理、质量控制工作。

冯立强（1982—），男，山东省济南市，硕士，工程师，研究方向为海洋观测技术、大规模数据集成和处理，主要承担数据库建设、数据管理工作。

王彦俊（1988—），男，山东省莱阳市，硕士，工程师，研究方向为海洋观测技术、大规模数据集成和处理，主要承担数据库建设、软件开发工作。

宋金明（1964—），男，河北省枣强县，博士，研究员，研究方向为海洋化学、海洋监测与分析，主要承担中国近海海洋观测研究网络数据服务系统建设、管理工作。

参考文献

[1]  朱心科, 金翔龙, 陶春辉,等. 海洋探测技术与装备发展探讨[J]. 机器人, 2013, 35(03): 376～384.

[2]  李健, 陈荣裕, 王盛安,等. 国际海洋观测技术发展趋势与中国深海台站建设实践[J]. 热带海洋学报, 2012, 31(2): 123～133.

[3]  戴洪磊, 牟乃夏, 王春玉, 等. 我国海洋浮标发展现状及趋势[J]. 气象水文海洋仪器, 2014, 6(2): 118～125.

[4]  李颖虹, 王凡, 王东晓. 中国科学院近海海洋观测研究网络建设概况与展望[J]. 中国科学院院刊, 2008, 23(3): 274～279.

[5]  任建明, 陈永华, 刘长华. 中国近海海洋科学观测研究网络[J]. 科研信息化技术与应用, 2011, 2(5): 72～80.

[6]  李立立. 基于海洋台站和浮标的近海海洋观测系统现状与发展研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2010.

[7]  刘长华, 冯立强, 贾思洋, 等. 信息技术在海洋观测浮标系统安全保障体系的应用[J]. 科研信息化技术与应用, 2014, 5(4): 75～81.

引用数据

刘长华, 王彦俊, 宋金明, 张斌, 冯立强. 中国近海观测网络黄海站01号浮标2013～2015年观测数据集. http://omorn-hd.qdio.ac.cn.

其他

请使用以下方式引用本文:

刘长华, 王彦俊, 宋金明, 张斌, 冯立强. 中国近海观测网络黄海站01号浮标2013～2015年观测数据集. 中国科学数据, 2016. DOI:10.11922/csdata.170.2016.0011.