土地系统多级综合观测研究网络建设框架

研究目的:基于土地系统科学基础理论,研究提出全国土地系统观测研究网络的功能定位、组织架构、协同创新机制,形成土地系统综合观测技术研发、"大数据"平台构建、土地系统观测研究基地建设和网络优化布局的总体思路,搭建土地系统综合观测理论—技术—平台—机制创新架构,提出全国土地系统观测研究网络建设的战略框架。研究方法:文献研究、专家访谈、实地调研。研究结果:(1)土地系统是由人文和自然要素构成的人地关系时空系统。土地系统研究的核心是系统各要素动态变化、互馈机制,人—地系统功能演变、协同耦合与优化调控机理。土地系统具有多级、综合、动态性特征,建设土地系统多级综合观测网络,开展持续观测,是加强土地系统科学认知的有效途径。(2)土地系统多级综合观测研究网络建设要围绕数据观测、科学研究、政策创新、资源共享、人才培养、教育科普等功能,形成全国—区域—县域—村镇土地科技创新多级协同组织架构;创新联合共建、人才交流、科研联动、资金保障、数据共享、成果转化等协同机制,完善运行管理制度体系;围绕主要科学问题和研究领域,研发土地系统综合观测指标和观测技术体系,构建土地系统综合监测数据管护服务平台;加强科学观测研究基地建设,优化全国土地系统综合观测网络布局,形成全国、区域、市县、村镇、地块多层级观测体系。研究结论:建设全国土地系统观测研究网络,加强土地系统科学协同创新,可为土地科技联合攻关,土地系统跨尺度、多要素、全方位的科学认知,土地系统科学发展和科学、系统、联动、高效的土地管理科学决策提供有效支撑。

广西陆地生态系统定位观测研究的网络建设

野外台站是重要的科技基础设施,为经济社会发展提供有力科技支撑。在分析广西生态区位和林草资源特殊性和典型性的基础上,面向社会经济和科技战略,提出了广西陆地生态系统定位观测研究网络建设的构想。采用多源数据分析与分层抽样相结合的方法,在广西全域范围内划分相对均质的9个生态地理分区,并按照层次清晰、功能完善、覆盖全面等原则规划布局森(竹)林、湿地、荒漠(石漠)、草地、城市等生态系统定位观测研究站25个。构筑以国家台站为重点、地方台站为补充的上下衔接、横联区内外观测的定位观测研究网络,解答重大科学问题,服务于建设人与自然和谐共生的现代化广西,筑牢南方生态安全屏障,为高质量发展和生态文明建设贡献智慧和力量。

生态系统观测研究网络在地球系统科学中的作用

地球系统科学是以地球系统为研究对象,重点研究各圈层、各要素以及自然和人为现象之间相互作用关系的科学,是在科学技术自身发展和社会需求共同推动下发展起来的新兴学科。地球系统科学概念的提出是为了解决全球性的资源和环境问题的需要,是地球科学向综合集成方向转变的重要阶段。目前在地球系统科学思想的指导下,在全球规模上已经组织了一系列重要国际联合研究计划,企图组织全球的科学家协作推动地球科学的发展。地球系统科学发展离不开对地球系统要素和圈层的物理、化学和生物过程的综合观测工作的支持。自20世纪80年代以来,一些国家、国际组织和国际合作项目都纷纷建立了国家、区域甚至全球尺度的观测、监测和信息共享网络。国际长期生态研究网络(ILTER)自20世纪80年代开始建设,其目的是对生态过程进行长期的监测,研究各种生态因子的相互作用及生态过程,从而揭示出生态系统和环境的长期变化,为生态系统评价及管理提供科学依据。中国生态系统研究网络(CERN)始建于1988年,在中国生态系统动态观测、科学研究和试验示范方面发挥了重要作用,2005年在CERN的基础上,由国家科技部组织开始建立中国国家生态系统观测研究网络(CNEN),目前已经遴选出了53个台站,开始对农田、森林、草地(含荒漠)和水体(湖泊和海湾)的动态进行观测研究,该网络必将成为全球地球观测系统(GEOSS)的重要组成部分,在我国地球系统科学发展的历程中发挥重要作用。本文主要从发展地球系统科学角度,讨论生态系统观测研究网络在地球系统科学中的作用。

国家生态系统观测研究网络实物资源服务研究

实物资源是国家生态系统观测研究网络(Chinese National Ecosystem Research Network,CNERN)的宝贵财富,对于开展联网观测、实验、研究具有广泛的用途及重大的价值。研究CNERN实物资源服务的相关问题,探索运行服务阶段CNERN实物资源服务的模式,对实现实物资源服务从服务科研创新向全面服务科技、经济和社会发展转变具有重要的理论价值和现实意义。探讨CNERN实物资源服务的内涵、特点、服务内容,并提出基于线上线下融合的实物资源服务模式,为"国家生态系统研究网络科技资源服务系统"的实物资源服务子系统的设计、开发提供理论基础和应用模式,也期望为相关部门开展实物资源服务提供参考。

基于生命周期的国家生态系统观测研究网络科技资源管理研究

科技资源管理是一项重要又复杂的工程,将生命周期理论引入国家生态系统观测研究网络(CNERN)科技资源的管理,阐释CNERN科技资源及其生命周期,将CNERN科技资源的生命周期划分为资源需求、资源整合、资源保管、资源分析、资源服务和服务评估6个阶段。在分析科技资源生命周期各个阶段涉及的管理内容基础上,提出基于生命周期的CNERN科技资源管理框架模型,实现CNERN科技资源的全链条、系统化管理,以提升CNERN科技资源利用效率、促进CNERN科技资源开放服务。

基于文献计量的生态系统观测研究网络长期观测数据应用研究

基于CNKI数据库,采用文献计量和知识图谱的方法,通过对应用生态系统观测研究网络长期定位观测数据的文献进行分析,探讨长期观测数据的应用领域、具体用途、用户特点及不同生态站数据的应用状况与研究主题,以期为提高生态系统观测研究网络长期观测数据的共享服务能力、充分发挥长期观测数据的价值提供参考。分析结果表明:生态系统观测研究网络长期观测数据受到越来越多学者的关注,其应用学科领域以林业、农业基础科学为主,同时不断扩展到其他学科中,呈多元化态势;数据主要在生态系统服务研究、模型模拟、人工林研究、水污染研究、生物多样性研究、小麦玉米研究、土壤水分研究等方面发挥作用;数据的主要用户群体为高等院校和科研院所,不同机构应用长期观测数据开展的研究各有侧重;各生态站的长期观测数据能够为揭示其所代表生态区和生态系统类型的生态系统结构与功能、能量流动与养分循环的变化规律,分析主要生态环境问题的现状、动态变化及驱动机制等方面提供重要支撑。最后,对生态系统观测研究网络长期观测数据应用的相关方面提出几点建议:(1)健全数据引用机制,制定相应的科学数据引用和著录标准;(2)发挥生态网络长期观测数据优势,开展专题数据产品的生产,充分开发生态网络长期观测数据的潜在价值;(3)加大和稳定生态站的经费投入,提高生态站的观测能力和水平,同时还要完善、优化生态站布局。

国内陆地生态系统观测研究网络发展概况

生态系统长期定位观测是对生态系统研究的重要手段,通过在典型自然或人工生态系统地段建立长期定位观测设施,对生态系统的组成、结构、生物生产力、养分循环、水循环和能量平衡等在自然状态或人为干扰下的变化过程进行长期连续观测,以阐明生态系统发生、发展、演替的内在机制。单个站点的长期定位观测、实验和研究往往具有其局限性,难以揭示更普遍性的规律。多站联合,从站到网的模式成为生态定位观测发展的必然趋势。20世纪70年代,生态定位观测研究站的网络化、全球化迅速发展。生态系统定位观测研究网络是开展生态系统长期定位观测的重要平台,为全球环境变化和陆地生态系统相互作用关系的研究提供了重要手段。为全面了解我国陆地生态系统定位观测研究网络的发展现状,本文从发展情况、取得成果等方面重点介绍我国陆地生态系统定位观测研究的三个主要网络:中国陆地生态系统定位观测研究站网(CTERN)、中国生态系统研究网络(CERN)和国家生态系统观测研究网络(CNERN),并对我国陆地生态系统观测研究网络存在的问题,发展趋势进行了探讨。

2005–2015年中国生态系统研究网络农田生态系统生态站表层土壤有机碳密度数据集

耕地有机碳是农田土壤碳库的重要组成部分。中国耕地土壤分布广泛,土壤的区域异质性高,利用方式和种植制度复杂多样,因此研究耕地有机碳及储量的变化规律,摸清耕地土壤的固碳能力,认识耕地固碳与生产力保持的耦合机制,对中国来讲尤其重要。国内很多学者利用全国第二次土壤普查数据、文献报道的数据开展相关研究,但总体上看,系统的、长期的耕地土壤观测与试验数据相对缺乏。本数据集利用中国生态系统研究网络19个涵盖不同农田生态系统的生态站多年系统的表层土壤理化性质实测数据,结合有机碳估算模型,计算出2005–2015年来中国主要农田生态系统生态站的表层土壤有机碳密度,可以为更准确地估算中国农田耕层土壤有机碳储量、研究其空间分布特征提供数据基础。

基于神经网络的无刷同步电机控制系统故障诊断研究

设计了一套无刷同步电机控制器的故障诊断系统,利用实际的非线性控制系统训练神经网络状态观测器,根据系统实际输出与神经网络观测器输出之间的残差来判别和检测实际控制系统的故障,针对系统控制器、电流和速度传感器故障进行故障诊断研究仿真实验。仿真结果表明该方法能有效抑制噪声,能快速准确地确定故障发生的时间、位置、大小以及故障的类型,具有很强的鲁棒性。说明该方法具有很强的适用性和应用价值。

全球变化与陆地生态系统土壤侵蚀网络:一个多方参与的研究计划

土壤侵蚀是土地持续利用与管理的一个重大威胁,是人为土地退化的主要形式。奥德曼等人(1991)认为全世界大约有六分之一的可用地已遭风蚀或水蚀。土壤侵蚀还能造成异地环境问题,诸如增加空气中尘埃(Stetler等人1994;EPA1994),促使沉积物向河流和湖泊中的迁移(Robinson 1979),以及水库淤塞(Tagwira 1992)。全球变化会使目前状况更恶化。

湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站简介

湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站（以下简称会同生态站）于1978年正式建站，1982年林业部（现国家林业局）批准为林业部重点森林生态系统定位研究站，2000年被科技部列为国家重点野外科学观测试验站进行建设，2006年通过了科技部组织的国家野外科学观测站验收评估，纳入国家生态网络建设和管理。会同生态站位于湖南省怀化市会同县广坪镇境内，地处湖南省西南边陲，离会同县城15km，距怀化市120km，长沙市630km。

前进中的海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站

黑龙江海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站始建于1978年2月，当时的名称是黑龙江农业现代化研究所海伦试验站，主要任务是解决农业现代化过程中技术经济问题，提出了“飞乌型经济模式”，为当时的农业结构性调整发挥了重大作用。1988年，海伦站成为中国生态系统研究网络创始基本单元之一，为农田生态系统研究提供了长期试验平台，为中国生态学研究提供了黑土生态系统数据支撑。于2005年12月14日科学技术部颁发了国科发基字[2005]494号文件，将海伦站晋升为黑龙江海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站，站长韩晓增。

我国喀斯特生态系统野外观测研究站联盟成立

10月31日,中国喀斯特生态系统野外观测研究站联盟(以下简称联盟)在长沙成立。联盟由来自中国科学院、中国地质调查局、教育部、国家林业和草原局等所属的喀斯特生态系统野外观测研究站自愿组成,目前包括重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站、中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站以及云南大学开远生态观测站等13个成员。联盟台站网络覆盖云南、贵州、广西、重庆、四川、湖北、湖南等南方8省(直辖市、自治区)。

杭州湾湿地生态系统定位观测研究站

杭州湾湿地生态系统定化观测研究站（以下简称杭州湾生态站）创建于2003年，是国家林业局管辖的中国湿地生态系统定位观测网络的主要台站之一，依托单位为中国林科院业热带林业研究所。

基于云服务的生态台站科技资源管理与服务系统研究

针对国家生态系统观测研究网络原有台站信息系统存在的问题,综合考虑系统的先进性、可维护性、可扩展性和云服务特点,提出一个以云服务端与本地端相结合方式构建系统的台站科技资源管理与服务信息化解决方案,构建了一个集信息发布、资源服务、系统管理等功能于一体的台站资源管理与服务系统。详细论述系统的总体架构、功能设计、数据库设计以及实现的关键技术等。该系统已在国家生态系统观测研究网络的51个台站进行了应用,提高了台站科技资源管理与服务的水平和效率,促进了台站科技资源管理与服务能力的提升。

生态系统长期观测数据产品化及标准规范建设

生态系统长期观测(Long-term Observation for Ecosystem,EcoLTO)是开展生态系统演变规律及生态系统对全球变化响应和适应等生态学研究的重要支撑手段,开展高质量监测、获取高质量数据、进行高效数据管理,提供优质数据共享服务是EcoLTO的使命和目标。从“统一监测”“统一数据管理”到“统一数据产品管理”是实现EcoLTO数据管理目标所经历的3个循环上升阶段。本文提出EcoLTO产品化思想和EcoLTO数据产品概念,介绍具有自主知识产权的EcoLTO数据产品标准规范的概要组成,以及标准规范在中国生态系统研究网络(CERN)数据中心和国家生态科学数据中心(NESDC)“生态网络云”系统的产品存储库中的应用效果。实践证明标准规范具有可行性,可为我国相关行业、机构开展数据全生命周期中数据质量控制、数据产品开发及体系建立、数据管理及共享提供重要依据和参考。

基于SWE的无线传感观测服务研究与实现

首先基于SWE详细分析了传感观测服务应完成的核心操作,然后重点阐述了基于SWE的传观感观测服务原型系统的设计,包括系统的数据交互和系统体系结构,并针对SOS体系结构的每层设计做了进一步说明,最后基于一个红外楼宇监控无线传感器网络实现了一个SOS原型系统,并进行了实验,实验结果表明该原型系统中实现的SOS核心操作能够较好的完成数据采集服务。

中国科学院太湖湖泊生态系统研究站

中国科学院太湖湖泊生态系统研究站（简称“太湖站”），于1988年获中国科学院批准建立，隶属于中匡l科学院南京地理与湖泊研究所．现为中国生态系统研究网络（CERN）野外站，国家重点野外科学观测试验站．太湖站自1991年开始，对太湖进行水文、气象、生物、水化学、底质等生态和环境要素的长期监测和调查，逐步成为太湖生态环境研究的资料数据中心．野外观测以及分析样品的能力由最初简单物理要素和水化学观测发展至湖流垂直剖面观测、无机与有机水化学和有毒有害物质等复杂微量物质分析，生物镜检和细胞分子等不同尺度鉴定与生理生态测定．监测对象由单一水体发展至气体、底泥沉积物以及多种不同类型生物，空间由湖泊向流域及其周边城市不断拓展．