DB62/T 4109-2020 荒漠生态气象观测方法

ICS07.060

A47

DB62

甘肃省地方标准

DB62/T4109—2020

荒漠生态气象观测方法

Desertecologicalmeteorologicalobservationmethod

2020-03-16发布2020-04-01实施

发布

DB62/T4109-2020

目次

前言.............................................................................III

引言..............................................................................IV

1范围..............................................................................1

2规范性引用文件....................................................................1

3术语和定义........................................................................1

4大气要素的观测要求、内容与方法....................................................3

5荒漠生物要素的观测内容与方法......................................................4

6土壤要素的观测内容与方法..........................................................6

7水环境要素的观测内容与方法........................................................8

8遥感生态监测指标与方法............................................................8

9生态气象灾害观测内容与方法.......................................................10

10资料传输、质控、存贮............................................................12

11观测记录簿、表的格式(附录A).....................................................12

附录A（规范性附录）.................................................................13

参考文献.........................................................................28

I

DB62/T4109-2020

前言

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本标准由甘肃省气象局提出并监督实施。

本标准由甘肃省气象标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：武威市气象局。

本标准主要起草人：刘明春、任丽雯、蒋菊芳、王秀芹、杨华、程倩、李兴宇、孙占峰、刘曙红。

II

DB62/T4109-2020

引言

荒漠生态观测和调查是生态气象观测的重要组成部分，不同部门针对不同的要素颁布了观测方法、

规范和标准。中国气象局于2005年出版《生态气象观测规范（试行）》，对全国气象部门开展农田、草

地、荒漠、森林和湖泊等生态系统的大气、生物、土壤和水环境等要素观测做出详细规定；国家林业局

于2008年发布了《荒漠生态系统定位观测技术规范》，从林业部门业务服务角度制定了土壤、植被和气

象要素方面的观测方法和标准。由于不同部门关注的角度不同，造成观测重点、观测要素和方法的不统

一，使得观测资料不能相互共享。本标准依据各部门现有观测方法、规范和标准，根据荒漠生态监测要

素和方法的统一性、全面性、满足性、适用性及简单宜行的原则，通过反复比较，实地观测验证，制定

了荒漠生态环境要素观测规范。

III

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荒漠生态气象观测方法

1范围

本标准规定了河西地区荒漠区域主要生态要素的观测项目、观测方法、观测周期、技术要求以及观

测簿表。

本标准适用于河西地区荒漠区域大气、生物、土壤、水环境要素的观测。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

DB62/T2415甘肃省高温等级

中国气象局．地面气象观测规范．北京：气象出版社，2003.11

中国气象局．生态气象观测规范（试行）．北京：气象出版社，2005.4

中国气象局综合观测司．自动土壤水分观测规范（试行）：气测函﹝2010﹞170号，2010年8月4日

发布

3术语和定义

DB62/T2415-2013界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了

DB62/T2415-2013中的一些术语和定义。

3.1

河西地区hexiarea

以甘肃境内乌鞘岭为界的西北部区域，包括酒泉市、嘉峪关市、张掖市、金昌市、武威市。

[DB62/T2415-2013，定义2.6]

3.2

荒漠desert

由旱生、强旱生低矮木本植物，包括半乔木、灌木、半灌木和小半灌木为主组成的稀疏不郁闭的群

落。

3.3

物候期phenophase

指动植物的生长、发育、活动等规律与生物的变化对节候的反应，正在产生这种反应的时候叫做

物候期。

3.4

植被覆盖度vegetationcoverage

指在一定面积(长度)内，植物地上部分垂直投影面积(长度)占总面积(长度)的百分比。

3.5

1

DB62/T4109-2020

垂直植被指数perpendicularvegetationindex

指在可见光红光波段-近红外波段的二维坐标系内，植被像元到土壤亮度线的垂直距离。所谓“土

壤线”，是指由近红外波段和红光波段所构成的二维平面上，土壤背景的光谱数据基本上沿着与这两个

轴呈45°的直线（即“土壤线”）分布。

3.6

归一化植被指数normalizeddifferencevegetationindex

遥感影像中，用于检测植被生长状态、植被覆盖度大小所形成的植被指数，可消除部分大气辐射和

地面背景误差，为近红外波段的反射值与红光波段的反射值之差比上两者之和。

3.7

增强型植被指数enhancedvegetationindex

优化的植被指数，可以改进NDVI的某些缺陷，提高了对高生物量区域的敏感性，并且通过对植被

冠层背景信号的去耦合和大气效应的减少改进了植被监测能力。

3.8

蒸散量evapotranspiration

土壤蒸发和植物蒸腾的总耗水量。

3.9

土壤水分含量soilmoisture/soilwatercontent

包括土壤重量含水量、容积含水量、相对湿度三种指标。

3.9.1

重量含水量weightwatercontent

重量含水量是指土壤中保持的水分质量占干土质量的百分比。

3.9.2

容积含水量volumetricwatercontent

容积含水量指土壤水分容积与土壤容积之比。

3.9.3

相对湿度relativewatercontent

相对湿度指土壤重量含水量占田间持水量的百分率。

3.10

风蚀winderosion

裸露半裸露地表面的疏松土壤和砂砾，在风的作用下，沿着地表向风的下游方向移动的自然现象。

3.11

大气降尘atmosphericdust

大气降尘是指在空气环境条件下，靠重力自然沉降在集尘缸中的颗粒物。

3.12

酸雨acidrain

pH值小于5.6的大气降水。

3.13

灌木、半灌木密度densityofshrubsorsubshrubs

单位面积内被观测植被品种的株丛数，单位为株丛数/每公顷。

4大气要素的观测要求、内容与方法

2

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4.1常规气象要素

常规气象要素包括对温度、气压、空气湿度、风向、风速、不同深度地温、蒸发量、日照时数、降

水量、太阳辐射、能见度等指标的观测。各指标观测和记录的技术要求参照《中国气象局地面气象观测

业务技术规定（2016版本）》有关规定。

4.2大气化学要素

4.2.1大气降尘总量

大气降尘总量观测采用重量法，即大气中的颗粒物自然降落在集尘缸内，经蒸发、干燥、称重，再

根据集尘缸口的面积，计算出大气降尘总量值。单位以每日、每平方千米降尘的吨数[t／(km2·d)]表示。

观测方法：按照《生态气象观测规范》开展。

4.2.2大气降水的PH值

大气降水的酸碱度用PH值表示，pH值的定义为氢离子浓度的负对数，系无量纲量。

观测方法：按照《生态气象观测规范》开展。

4.2.3大气降水的电导率

大气降水的导电能力反映大气降水的洁净程度，用电导率度量，其定义为通过电导测量池中待测溶

液的电流密度（单位为A·m-2）与施加其上的电场强度（单位为V·m-1）之比。电导率的单位为西门子每

米，用S·m-1表示，常用单位为微西门子每厘米，用μS·cm-1表示。大气降水的电导率也俗称为K值。

观测方法：按照《生态气象观测规范》开展。

4.2.4观测点的选择和采样要求

4.2.4.1大气降尘总量

采样点应远离高大建筑物，要求从集尘缸到建筑物最高处边缘连线的水平夹角不大于30°。集尘缸

应放置在高度距地面5m~15m的平台上。缸口距平台相对高度为1m~1.5m，以避免局地扬尘的影响。

4.2.4.2酸雨

观测场地是用于安装降水采样设备，降水量、风速和风向测量设备，以及其他辅助设备和设施的场

所。应选择在远离工业区或居民聚集区、地势平坦。避开高大建筑物和高大树木等物体遮挡的地方，并

避免局地污染源的直接影响。在气象观测站，可利用地面气象观测场作为酸雨观测场地。降水采样设备

一般宜安装在观测场的东南方，较深层地温场的北侧。降水采样设备与其他仪器和围栏的距离，应符合

《地面气象观测规范》的要求。

5荒漠生物要素的观测内容与方法

5.1荒漠生态观测场选择的一般原则和要求

一般原则和要求如下：

a）荒漠生态主观测场和辅助观测场（或调查点）采用虚拟边界和实有边界相结合的办法进行设定，

即选定一定面积观测场地，在内部设定生态主观测场和生态辅助观测场，开展生态气象观测工

作；

3

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b）荒漠主观测场和辅助观测场周边不设置围栏，用GPS定位仪按照5000m×5000m的面积要求，

确定正方形观测场的四个顶点位置，即经度和纬度（精确到0.1'）、海拔高度（精确到0.1m）。

c）在正方形的四个顶点设置标志桩，标明观测场的范围；

d）荒漠主观测场和辅助观测场要有荒漠生态类型及其下垫面类型的代表性（地形、地势、土壤、

植被类型等状况），还应在生态气象站附近的辅助观测场增设4个调查点；

e）主观测场观测地段面积一般不小于22500m2（150m×150m）；

f）观测场地要保持相对固定；

g）地段选定后要作上标记；为防止动物采食破坏，应用铁丝网、电网、生物围栏围住；地势平缓，

植物分布均匀，可围成正方形；地势不平整或植物分布不均匀，应围成长方形。若在缓坡地上，

长边应与缓坡一致；在丘陵山区，地形复杂，观测地段应为长方形，并包含主要地形；

h）地段选择前应与所属单位取得联系，考虑到管理单位近期和远期规划，地段一经选定不要轻易

变动，以保持观测资料的连续性。遵循平行观测的原则，观测草本植物的发育进程、生长状况、

产量形成，同时观测草本植物生长环境的物理要素（包括气象要素、田间土壤湿度等）；

i）草本植物观测地段的气象条件与气象观测场基本一致的情况下，气象台站的基本气象观测可作

为平行观测的气象部分。

5.2观测项目及基本方法

5.2.1发育期观测

观测地点:荒漠草本植物发育期，在观测地段上各小区进行。灌木、半灌木在观测地段的4个区域内

进行。

发育期观测时间规定如下：

a)自返青期开始至黄枯期结束。在不漏测所规定的发育期的前提下，可根据草本植物发育期出现

的规律，台站灵活掌握，一般逢双或隔日观测，但旬末日必须进行观测或巡视；

b)观测一般定在下午，但个别发育期在上午或中午出现最盛期则例外。发育期及其标准详见《农

业气象观测规范》之《畜牧分册》。

5.2.2草本植物高度观测

观测时间：草本植物生长高度从植物返青（出苗）开始，每旬末测一次，直到高度连续2次不再增

加为止，即有3旬的高度值不变为止。

观测方法：一年生或多年生草类（禾本科、豆科、莎草科、杂类草）在草本植物高度观测小区内进

行，各种观测草本植物各固定10株（丛）共40株（丛）；从地面测至伸直叶片或茎、花序的顶端（不包

括芒）；匍匐茎测量其长度。灌木、半灌木生长高度的测量采取定株观测，每个小区固定5株生长状况

中等的观测品种，测定当年长出的新生枝条或新茎的长度；每个株丛从中部4个方位，各固定一个枝条

进行测量；4个小区共80（茎），每次测量从植株上一年木质化顶部测至枝条顶端（每次枝条不固定），

求出平均单枝长度。

a)草本植物覆盖度的观测.

b)灌木、半灌木植被若较为稀疏，可在观测地段内有代表性的地方进行测定；

c)在每次测定产量前，先观测覆盖度再进行产量测定；从草本植物返青（出苗）开始，月末测覆

盖度，直到牧草黄枯月末为止；

观测方法具体如下：

4

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a)草本植物采用目测法，在测产样方内，从草本植物的上方与地面垂直目测估计混合草本植物的

覆盖程度，按10等分估计，如１m2范围的草本植物覆盖地面达8成时覆盖度记为80%，四个

小区取其平均值；

b)灌木、半灌木或非常稀疏的植被用线段法，在灌丛生长状况有代表性的地方，取长度为50m

的两个重复，共100m，将皮尺在植株上方水平拉过，垂直观测皮尺下植株覆盖地面的各段长

度，计算植株覆盖地面的各段长度总和占总长度的百分比。

5.2.3灌木、半灌木密度的测定

观测时间和地点：每年5月末和8月末测产前在荒漠、半荒漠草原进行测定。

观测方法：在观测地段的4个区域内各量100m2的面积（4m×25m），分别数其观测品种的株丛数，

其余的灌木、半灌木记入“其它”栏内。求出每公顷分种（含其它）株丛数和总株丛数。

每公顷分种（含其它）株丛数和总株丛数计算方法具体如下：

a)每hm2分种株丛数＝400m2分种草的株丛合计×25；

b)每hm2总株丛数＝各分种草（含其它）每hm2株丛数之和。

5.2.4草本植物生物量测定

测定时间：所观测的优势种草本植物返青，优势草生长高度≥5cm后，每月末测定一次，直到黄枯

期止，黄枯期距上月末在5日内不测。

测定地点：在4个测产小区内，分别取1m2的样本进行测定。具体方法：事先做一内面积为１平方

米的方框（4根宽5cm、厚1cm、长110cm的板条或角铁），观测时将方框平整、垂直放在测点上，使

方框两侧的整株草隔开。先观测覆盖度，再进行产量测定。

测定方法如下：

a)测定分种草本植物的鲜重：将方框内观测发育期的草种，按先高后低的顺序，留茬高度为3cm，

分别剪下分种称重，编好号放入布袋，对其中主要的一种要数清株数，并计算千株鲜重。以g

为单位。草本植物高度低于10cm或枯黄期，大部分草本植物种类难以辨别，只测混合草总产

量；

b)测定杂草鲜重：将框内其余草本植物按分种草测定方法全部剪下或割下，编号放入布袋，编号

顺序不要混淆。鲜草称重宜在半小时内完成；

c)测定灌木、半灌木鲜重：在一年生或多年生草本植物的测产样方内有灌木、半灌木时，取测产

样方内所有灌丛的四分之一新生枝条装袋、称重、计算。测产样方内所有灌木、半灌木鲜重＝

四分之一新生枝条重量×4；

d)测定干重：将装好的布袋带回站内放在通风处风干。待风干后分别称重，每隔三天复称一次，

两次称重差值与前者之比不超过2%时，后者为风干重。然后计算每平方米各分种牧草、灌丛、

杂草和混合草鲜重、干重及干鲜比；

e)草本植物生物量测定的各重量单位均取1位小数；

f)千株重（g）＝（4个测产区主要草种鲜重合计）/(4个测产区主要草种株数)×1000；

g)分种草本植物重（g/m2）＝4个测产区分种草（鲜或干）重合计/4；

h)混合草重量（g/m2）＝4个测产区分种草本植物、灌丛、杂草（鲜或干）重量（g）按区相加，

各区合计/4；

i)总产量（kg/hm2）＝1m2混合草重量（g/m2）×10；

j)干鲜比（%）＝（合计干重/合计鲜重）×100%，取整数。

5

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5.2.5荒漠植被生长状况调查

为了获取大范围荒漠区植被生长发育状况资料，弥补单点资料的不足，更好地开展生态气象服务，

需要在区域范围内进行调查。调查的植物应和观测地段的植物相同以便于比较。

调查时间：调查于每年7月、9月各进行一次。

调查内容：发育期、高度、密度、覆盖度、生长状况评定。同时要详细记载调查地点、经纬度、海

拔高度、土壤质地、地形、地势、pH值、种群结构及主要共生植物等情况。

调查方法：选择区域范围内荒漠调查点2～3个，每个调查点取2个重复。

具体方法参见《农业气象观测规范》之《作物分册》。

6土壤要素的观测内容与方法

6.1风蚀观测

主要观测土壤风蚀程度及土壤表层厚度变化。

观测时间：每年9月至次年5月每天观测1次，6月至8月每旬末观测1次。

观测方法：土壤风蚀程度及土壤表层厚度变化是在观测区域内安插10个1.3m高的定标刻度尺，分两

排，排间距为1m。每一排5个插钎，间距为2m。首次观测时将插钎插入地下30cm~50cm，使插钎与地表

垂直，插钎上的零定标刻度离地面20cm，用定标刻度尺定期测量由于风蚀而引起表层风积和风蚀厚度

的变化。土壤风蚀程度等级标准如表1所示。

风积厚度=上一次零定标刻度离地面测量的距离-风积最高点到零定标刻度的距离

风蚀厚度=风蚀最低点与零定标刻度的距离-上一次零定标刻度离地面测量的距离

表1土壤风蚀程度等级标准

风蚀程度标准

无土表完整，无风蚀痕迹

轻度仅见片状风蚀

中度有明显片状风蚀和风积

严重表层细土吹失，出现风蚀沟

极重形成沙丘和大量风蚀沟、风蚀墩

6.2沙丘动态、沙漠边缘进退观测

观测地点和时间：沙丘移动观测和沙漠边缘进退观测第一年于9月进行选点和测量，以后每年6月份

测定1次。

观测方法如下：

a)测定前的准备：选大小不同的沙丘各2个作为观测对象，要求沙丘周围边界清晰可辨，且下风

方无阻挡的沙丘；

b)设定参照物。在沙丘外部设置固定标记（桩号），即在距离沙丘前舌尖前方约20m处打一界

桩，以此为顶点（O点），分别在南北和东西方向距离顶点20m处各打一界桩，为便于醒目，

将界桩顶部用红漆涂染；

c)每次测定沙丘前舌尖（C点）到南北和东西方向两条直线的垂直距离（CA，CB）以及各垂足

（A，B点）到顶点（O点）的距离（OA，OB），然后求出沙丘在南北和东西两个方向移动

的距离（OA-OA'），（OB-OB'），沙丘实际移动的距离（CC'）的计算公式见式（1）：

6

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1/2

CCOAOA2OBOB2...........................................（1）

选地势平缓且沙漠边缘清晰可辨的沿沙线长1000m，要距离沙漠边缘外围50m处，每间隔100m

打一界桩，共10个界桩。每次用米尺测量界桩到沙漠边缘的垂直距离，精确到厘米（cm）取整数。10

个点平均即为沙漠边缘进退实际距离。

6.3干土层厚度观测

观测地点和时间：在观测地段上每次测定土壤湿度时同步进行测定，当干土层厚度≥3cm时进行记

载。

观测方法：在地段有代表性处，用铁铲切一土壤垂直剖面，以干湿土交界处为界限用直尺量出干土

层厚度，以厘米为单位，取整数记载。如降水渗透后湿土下有干土层，仍应观测记载干土层厚度，并在

备注栏注明。

6.4降水渗透深度观测

观测地点：在观测地段上进行。

测定时间：日降水量≥5mm或过程降水量≥10mm，降水后根据降水量大小，待雨水下渗后及时测

定。

7水环境要素的观测内容与方法

7.1土壤水分含量观测

采用烘干法，测定方法和标准参见国家气象《农业气象观测规范》之《土壤水分分册》。自动观测

执行《自动土壤水分观测规范》。

7.2蒸散量观测

蒸散量是地表和大气之间水气交换的主要形式，是土壤水分平衡中重要的支出项，是衡量土壤水分

散失程度的一个重要指标。通过蒸散量观测，可以了解不同时期土壤水分状况，为作物田间管理和开展

荒漠生态气候评价及采取恢复措施提供重要依据。

观测地点：在观测地段固定点进行测定。

观测方法：采用LG-I蒸渗计测定。主要观测设备有土柱、称重传感器、强力弹簧、计算机、控制显

示器及适配仪等组成。

观测内容：水分蒸散量、水分渗漏量。

观测时间：每天24h由计算机自动采集。

7.3地下水位观测

地下水位是反映荒漠生态变化动态的主要指标之一，特别对荒漠地区地下水水质变化及灌木、乔木

根系分布层的土壤水分影响较大，因此测定地下水位深度对评估当地生态质量十分必要。

观测地点：一般可在荒漠区选定具有代表性的水井进行测定。

观测时间：24h连续自动观测。

观测方法：安装地下水位自动观测仪器，采取太阳光伏板供电，数据自动无线传输至值班室监控主

机业务平台。24h求取平均，以m为单位，取一位小数。

7

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7.4地下水水质观测

水质的观测主要是为了评价水质优劣程度。主要观测内容包括：水的pH值、水中阳离子（钠、钾、

钙、镁）、氯离子、硫酸根含量和水中污染物（化学需氧量、总氮）。

观测方法：在测定地下水的水井中取样。测定方法应按照《生态气象观测方法》规定执行。

8遥感生态监测指标与方法

8.1垂直植被指数

垂直植被指数是植被指数的一种，植被像元到土壤线之间的垂直距离定义为垂直植被指数。一般而

言，植被生长越密，植被像元到土壤线距离则越大。

观测时间：每月利用卫星遥感数据，进行数据预处理，计算垂直植被指数，分析植被等面积变化。

计算方法见式（2）:

22

PVISRVRSNIRVNIR.............................................（2）

式中：

PVI——表示垂直植被指数；

S、V——分别表示土壤、植被反射率；

R、NIR——分别表示红光波段、近红外波段。

8.2归一化植被指数

遥感影像中，用于检测植被生长状态、植被覆盖度形成的植被指数，可消除部分辐射误差。

观测时间：每月利用卫星遥感数据,进行数据预处理,计算归一化植被指数,分析植被、水体面积等。

观测方法：归一化植被指数NDVI为近红外波段与红光波段反射率之差与两者反射率之和的比值，

计算公式见式（3）：

NDVINIRR............................................................（3）

NIRR

式中：

NDVI——表示归一化植被指数；

ρR、ρNIR——分别表示红光、近红外波段的反射率值。

8.3增强植被指数

可以改进NDVI的某些缺陷，提高了对高生物量区域的敏感性，并且通过对植被冠层背景信号的去

耦合和大气效应的减少改进了植被监测能力。

观测时间：每月利用卫星遥感数据，进行数据预处理，计算归一化植被指数，分析植被面积等。

计算公式见式（4）：

EVI2.5NIRR.........................................（4）

NIR6.0R7.5B1

式中：

EVI——表示增强植被指数；

ρR、ρNIR、ρB——分别表示红光、近红外、蓝光波段的反射率值。

8