Mediciones de flujos de CO2 en sitios de covarianza eddy no ideales

Resumen

El protocolo presentado utiliza el método de covarianza de remolino en lugares no típicos, aplicable a todo tipo de ecosistemas de dosel corto con área limitada, en un sitio de lanzamiento de viento actualmente reforestado en Polonia. Se describen los detalles de la medición de las reglas de configuración del sitio, los cálculos de flujo y el control de calidad, y el análisis de resultados finales.

Resumen

Este protocolo es un ejemplo de la utilización de la técnica de covarianza eddy (EC) para investigar los flujos de CO₂ netos promediados espacial y temporalmente (producción de ecosistemas netos, NEP), en ecosistemas no típicos, en una zona de lanzamiento de viento actualmente reforestada en Polonia. Después de un evento de tornado, se creó un "corredor" relativamente estrecho dentro de los establos forestales supervivientes, lo que complica este tipo de experimentos. La aplicación de otras técnicas de medición, como el método de cámara, es aún más difícil en estas circunstancias, ya que especialmente al principio, los árboles caídos y en general una gran heterogeneidad del sitio proporcionan una plataforma difícil de realizar mediciones de flujo y luego para obtener los resultados obtenidos correctamente. En comparación con las mediciones estándar de las CE realizadas en bosques vírgenes, el caso de las zonas de lanzamiento de viento requiere una consideración especial cuando se trata de la ubicación del sitio y el análisis de datos con el fin de garantizar su representatividad. Por lo tanto, aquí presentamos un protocolo de mediciones de flujo CO₂ continuas y en tiempo real en un sitio EC dinámicamente cambiante y no ideal, que incluye (1) ubicación del sitio y configuración de instrumentación, (2) computación de flujo, (3) filtrado de datos riguroso y control de calidad, y (4) llenado de huecos y flujos netos particionados en respiración y absorción de CO2. La principal ventaja de la metodología descrita es que proporciona una descripción detallada de la configuración experimental y el rendimiento de la medición desde cero, que se puede aplicar a otros ecosistemas espacialmente limitados. También se puede ver como una lista de recomendaciones sobre cómo lidiar con el funcionamiento no convencional del sitio, proporcionando una descripción para los no especialistas. Los valores de media hora verificada por calidad, llenado de huecos y media hora obtenidos, así como los flujos de absorción y respiración, se pueden agregar finalmente en totales diarios, mensuales, estacionales o anuales.

Introducción

Hoy en día, la técnica más utilizada en losestudios de intercambio de dióxido de carbono del ecosistema atmósfera-tierra (CO 2) es la técnica de covarianza (EC)¹. El método de las CE se ha utilizado durante décadas, y ya se han publicado descripciones exhaustivas de las cuestiones relativas a todos los aspectos metodológicos, técnicos y prácticos^2,3,4. En comparación con otras técnicas utilizadas para fines similares, el método CE permite obtener los flujos de CO₂ netos promediados espacial y temporalmente a partir de mediciones automáticas de puntos que tienen en cuenta la contribución de todos los elementos en ecosistemas, en lugar de mediciones manuales laboriosas (por ejemplo, técnicas de cámara) o el requisito de tomar muchas muestras¹.

Entre los ecosistemas terrestres, los bosques desempeñan el papel más importante en el ciclo C y muchas actividades científicas se han centrado en investigar su ciclo de CO2, el almacenamiento de carbono en la biomasa leñosa y sus relaciones mutuas con las condiciones climáticas cambiantes tanto la medición directa como el modelado⁵. Muchos sitios de la CE, incluyendo uno de los registros de flujo más largos⁶, se establecieron por encima de diferentes tipos de bosques⁷. Por lo general, la ubicación del sitio fue cuidadosamente elegida antes de que comenzaran las mediciones, con el objetivo de la zona más homogénea y más grande posible. Aunque, en los sitios forestales perturbados, como los lanzamientos de viento, el número de estaciones de medición de las CE sigue siendo insuficiente^8,9,10. Una razón es las dificultades logísticas para medir la configuración del sitio y, sobre todo, un pequeño número de lugares que aparecen repentinamente. Con el fin de obtener los resultados más informativos en las zonas de lanzamiento de viento, es crucial comenzar tan pronto como sea posible después de un evento incidental de este tipo, que puede causar problemas adicionales. A diferencia de los sitios forestales vírgenes, las mediciones de las CE en los sitios de lanzamiento de viento son más difíciles y pueden desviarse de los procedimientos ya establecidos³. Dado que algunos fenómenos de viento extremo crean áreas espacialmente limitadas, es necesario una ubicación de estación de medición reflexiva y un procesamiento cuidadoso de los datos para obtener tantos valores de flujo fiables como sea posible. Se han producido dificultades similares en la aplicación del método CE (por ejemplo, estudios de fin realizados por encima de un lago largo pero estrecho) donde los flujos de CO₂ medidos requerían un filtrado riguroso de datos^11,12 para asegurar su representatividad espacial.

Por lo tanto, el protocolo presentado es un ejemplo del uso del método de las CE en lugares no típicos, diseñado no sólo para las zonas de lanzamiento de viento, sino para todos los demás tipos de vegetación corta con la superficie limitada (por ejemplo, tierras de cultivo situadas entre tipos de vegetación más altos). La mayor ventaja de la metodología propuesta es una descripción general de procedimientos complicados, que requieren conocimientos avanzados, desde la elección de la ubicación del sitio y la instrumentación establecida hasta el resultado final: un conjunto de datos completo de CO₂ de alta calidad Flujos. La novedad técnica del protocolo de medición es el uso de una construcción de base única para la colocación del sistema EC (por ejemplo, trípode con una altura definida que es una "minitorre" con un mástil ajustable, accionado eléctricamente, lo que permite cambiar la altura final de sensores de acuerdo a las necesidades individuales).

Protocolo

1. Ubicación del sitio y configuración de la instrumentación

1. Elija una ubicación de sitio de medición en terrenos relativamente homogéneos y planos para cumplir con los requisitos básicos del método EC. Evite lugares con formas de tierra complicadas (depresiones, pendientes) o situados cerca de obstáculos aerodinámicos (por ejemplo, puestos de árboles supervivientes), que pueden distorsionar el flujo de aire.
   1. Compruebe la composición de las especies y la cubierta vegetal. Elija un lugar con las características más similares: edad y altura del tipo de vegetación principal.
   2. Si es posible, lleve a cabo algunas investigaciones adicionales sobre el suelo, que ayuden a elegir un área homogénea. Compare los tipos de suelo en algunos lugares (perfiles de suelo), el contenido de carbono y nitrógeno del suelo, así como las condiciones de humedad (por ejemplo, utilizando una rejilla regular para el muestreo del suelo). Evite lugares con características sobresalientes en comparación con los valores medios de la investigación del suelo.
2. Antes de decidir dónde colocar los instrumentos, investigue las direcciones de viento predominantes (idealmente durante un año antes de la configuración del sitio) o analice los datos de la estación meteorológica más cercana. Si hay algunas restricciones con respecto a la extensión de la zona de interés, elija la ubicación que se encuentra dentro de los sectores eólicos predominantes (viento ascendente).
   NOTA: En el caso del sitio de lanzamiento de viento polaco, debido a la forma de la trayectoria del tornado, se decidió colocar la torre en el medio de su dimensión de anchura (ca. 400-500 m) y tan lejos de la vecina plantación de pinos de pocos años como sea posible en la dirección este-oeste (ca. 200 m f f rom la torre a sus bordes), ya que la dirección del viento predominante era de noroeste a suroeste y de noreste a este (Figura1).
3. Decida qué sistema EC utilizar: ruta abierta o ruta cerrada (ruta cerrada - ruta cerrada con tubo de admisión corta) analizador de gas infrarrojo (o dos de ellos si es posible). Cada uno tiene ventajas y desventajas, pero en general, ambos son confiables para ser utilizados en un campo. Utilice un anemómetro sónico ortogonal tridimensional (3D). Para utilizar el método EC, se requieren mediciones de alta frecuencia a al menos 10 Hz en el caso de ambos instrumentos.
   1. Considere qué tipo de fuente de alimentación es la más factible para ser utilizada en el sitio (¿hay una línea de energía cerca, paneles solares u otro generador de energía?). Si no hay limitaciones, utilice el analizador de gas de trayecto cerrado (o cerrado).
      NOTA: Un sistema de trayectoria abierta tiene un consumo de energía mucho menor, pero en entornos hostiles (clima muy frío, glaseado, lugares lluviosos) resultaría en una pérdida considerable de datos de alta calidad.
   2. Siga las reglas para posicionar ambos instrumentos en relación entre^{sí 13}. Evite montar elementos innecesarios cerca del sistema EC, que puedan distorsionar el flujo de aire.
      NOTA: En este experimento se utilizó un analizador de rutas cerrado (Tablade materiales)y un anemómetro sónico 3D (Tablade materiales).
4. Una vez elegida la ubicación, coloque un trípode con un poste vertical (u otro tipo de construcción de base) para montar el sistema EC en la parte superior. Establecer la altura de los instrumentos teniendo en cuenta dos requisitos básicos: rugiente de la superficie investigada (en simplificación de la altura de la vegetación existente) y el área de influencia (captura/huella - el área "vista" por el sistema de las CE)⁴.
   NOTA: En el desarrollo dinámico de ecosistemas, como el sitio de lanzamiento de viento reforestado Tlen I, se requerirá el cambio en la colocación del instrumento con tiempo para cumplir con los requisitos del método de la CE. Como alternativa a una construcción de base para el sistema EC, aquí se propuso una infraestructura innovadora (es decir, "minitorre"): una construcción de aluminio ancla (1,5 m de altura de cercha rectangular (W x L) 1 m x 1,2 m) con un mástil (cercha triangular de 30 cm x 30 cm x 30 cm) en movimiento dentro de la estructura a lo largo de rieles de acero, alimentado por un motor eléctrico.
   1. En primer lugar, monte ambos instrumentos del sistema EC en un poste metálico conectado centralmente al mástil. Recuerde colocar el anemómetro sónico en una posición perfectamente vertical. Incline ligeramente el analizador de gas para permitir que el agua de lluvia se escurra fácilmente.
   2. Elevar los instrumentos a una altura dos veces la altura del dosel de la superficie del suelo, y al menos 1,5 x 2,0 m por encima de la parte superior del dosel⁴. Asegúrese de que la construcción de la base se encuentra de una manera, lo que garantiza que el área investigada se extiende al menos 100 veces la altura de la colocación de un sensor en cada dirección^14.
   3. Recuerde instalar la protección contra rayos para una construcción de metal.
      NOTA: Para lograr la máxima salida de la medición CE en el sitio de lanzamiento de viento polaco (Tlen I), se hicieron algunos compromisos. Los instrumentos se colocaron a una altura de 3,3 m al comienzo del experimento.
5. Para un mayor cálculo y análisis de flujo, mida algunas variables auxiliares al mismo tiempo, incluyendo al menos: aire (Ta) y temperatura del suelo (Ts), humedad relativa (RH) del aire, densidad de flujo de fotones fotosintético (PPFD), radiación solar entrante (Rg) y precipitación (P). Por lo general, en los sitios de las CE también se obtiene un gran número de otras variables.
   1. Coloque los sensores de radiación (PPFD y Rg) al sur. Utilice un poste horizontal para alejarlos del trípode. Compruebe el ángulo de visión de los sensores y ajuste la longitud del poste y la altura de montaje para asegurarse de que solo se ve la superficie investigada.
   2. Utilice sensores de temperatura y humedad del aire con protectores de radiación, montados a una altura similar a la del sistema EC.
   3. Instale los pluviómetros de vuelco-cucharón (al menos dos) en espacios relativamente abiertos, cerca de la torre EC, a 1 m sobre el nivel del suelo. Enterrar los sensores de temperatura del suelo a varias profundidades diferentes (tres o más dependiendo del tipo de suelo). Recuerde tener algunas repeticiones para cada profundidad. Coloque algunos sensores en el nivel más superficial posible.

2. Computación de flujo de CO₂

1. Utilice software libre disponible comercialmente (por ejemplo, EddyPro¹⁵) para el cálculo de flujo EC que incluye aplicaciones de corrección.
   NOTA: Este software fue seleccionado debido a su complejidad, popularidad y facilidad de uso y se recomienda especialmente para los no expertos.
2. En primer lugar, cree un nuevo proyecto y, a continuación, en la pestaña de información del proyecto, especifique el formato de archivo de datos sin procesar y elija el archivo de metadatos. Si los datos sin procesar se obtuvieron como archivos ".ghg", el archivo de metadatos individual ya está incrustado y no se requiere ninguna otra acción. En otros casos, utilice la opción de archivo alternativo y escriba toda la información manualmente.
   NOTA: El archivo de metadatos especifica el orden de las variables medidas, sus unidades y cierta información adicional necesaria para el cálculo del flujo. Si alguno de los detalles de configuración o las características del sitio cambian, recuerde cambiarlo en la sección de metadatos.
3. Vaya a la pestaña de información de flujo, elija el conjunto de datos y los directorios de salida, especifique el formato de nombre de archivo sin formato y compruebe la lista de elementos para el cálculo del flujo.
4. Vaya a la pestaña Opciones de procesamiento y elija la configuración de procesamiento de datos sin procesar.
   1. Elija el método para la corrección de las mediciones de los anemómetros (método derotación), que permite contabilizar cualquier desalineación del anemómetro sónico con respecto al viento local aerodinámico¹⁵. Marque el primer enfoque de ajuste plano¹⁶ (sugerido para ubicaciones no ideales y heterogéneas).
   2. Elija el tipo 0-1-2 de la directiva de marcado¹⁷ (el enfoque que presenta los resultados de un procedimiento de comprobación de calidad).
   3. Seleccione el método de huella preferido (el área de la influencia en los flujos medidos) (por ejemplo, el enfoque Kljun^18). Deje el resto de la configuración sin cambios (opciones predeterminadas).
      NOTA: Aquí se puede elegir entre la lista de opciones relativas a las correcciones a aplicar, el método de cálculo de huellas de flujos o la estructura de los archivos de salida. Aunque se sugiere no cambiar las opciones estándar durante la ejecución preliminar del software de las CE seleccionado, excepto las que se enumeran aquí.
5. En caso de cualquier problema/pregunta, utilice el botón de signo de interrogación (?) junto a la opción de interés para obtener más información. Recuerde que la información incorrecta o que falta en una pestaña impedirá el movimiento a otra.
6. Haga clic en Ejecutar un modo avanzado para iniciar el cálculo de flujos al final. En caso de utilizar solo la configuración predeterminada, haga clic en Ejecutar un modo Express.

3. Filtrado y control de calidad de los flujos

1. Evite la pérdida de datos mediante un plan de mantenimiento regular. De acuerdo con las capacidades individuales, limpie los sensores con la mayor frecuencia posible utilizando agua o detergente suave.
2. Realizar la calibración de analizadores de gas al menos una vez cada 6 meses utilizando estándares de CO2 (0 ppm y al menos otra concentración, por ejemplo, 360 ppm). Un mínimo de 24 horas antes de cada calibración, cambie los agentes absorbentes de CO₂ y H₂O (sílice recubierta de hidróxido de sodio y perclorato de magnesio, respectivamente) que están presentes en dos botellas pequeñas dentro del cabezal del sensor.
   NOTA: El procedimiento de calibración es relativamente fácil y bien descrito en el manual del analizador de gas. En el software dedicado a LI-7200 y LI-7500, hay una pestaña, que contiene todas las pautas paso a paso de todo el proceso. En caso de cualquier dificultad, los analizadores siempre se pueden enviar para una calibración de fábrica realizada por el productor, pero requiere el desmontaje del sensor y da lugar a largos huecos en el conjunto de datos de flujo.
3. Cree un archivo común (por ejemplo, .csv, .xlsx) que contenga todos los resultados del software de cálculo de flujo y las mediciones auxiliares. Asegúrese de que los promedios correspondientes de 30 minutos (flujos y variables meteorológicas) se miden exactamente al mismo tiempo.
   NOTA: Para simplificar y acelerar el procedimiento de filtrado, utilice programas adicionales (por ejemplo, Matlab o software R libre), dependiendo de las habilidades de los usuarios, en lugar de trabajar en una hoja de cálculo.
4. Realice todos los pasos de filtrado que se describen a continuación (secciones 3.5-3.7) en los datos de este archivo. Utilice herramientas de filtrado en la hoja de cálculo (o la función "si" incrustada) o cree funciones de filtrado personalizadas utilizando otro software.
5. Determinar las condiciones climáticas desfavorables y el mal funcionamiento del instrumento.
   1. Utilice los indicadores de rendimiento del instrumento para filtrar los datos sometidos a errores debidos a la contaminación del analizador de gas. Para un analizador de ruta cerrada, compruebe el valor de intensidad de señal promedio (ASS) dado en el archivo de salida del software de cálculo de los fluxes. A continuación, marque y deseche todos los flujos (co2_flux) medidos a continuación, por ejemplo, ASS - 70% (10% umbral más alto que sugerido en el manual del instrumento).
   2. Opcionalmente, establezca un rango constante para los fundentes, lo que permite la exclusión de valores atípicos (por ejemplo, de -15 a 15 ámol-m^-2-1 en el sitio de Tlen I). Una de las posibles formas de eliminar los flujos fuera del rango normal es utilizar un límite de 2 a 3 desviaciones estándar del valor medio del flujo, calculado individualmente para cada temporada.
      NOTA: Los autores no aconsejan encarecidamente el uso de un rango a priori como se hace en el caso del sitio de Tlen I por ningún especialista. El enfoque estadístico es mucho más fiable y objetivo.
   3. Descartar los flujos medidos durante cualquier evento de lluvia (u otro tipo de precipitación); eliminar los fundentes cuando P á 0,1 mm.
6. Tenga en cuenta las condiciones inapropiadas para la aplicación del método de covarianza de resvenedor.
   1. Utilice los resultados de la prueba de estado estacionario y la prueba de turbulencia bien desarrollada^17,19 realizada durante el cálculo de flujos en el software (ver paso 2.4.2). Deseche los datos de flujo con mala calidad (valores de indicador CO 2: qc_co2_flux > 1) en el archivo de resultados común.
   2. Utilice el indicador de período nocturno (día- 0) que se indica en el archivo de salida para filtrar los valores de flujos CO₂ medidos por la noche. Trazar todos los flujos de CO₂ nocturnos contra los valores de velocidad de fricción correspondientes (u_* medidos al mismo tiempo) y encontrar el valor u_* en el que estos flujos dejaron de aumentar.
   3. Marque el valor obtenido como el umbral de velocidad de fricción (u_*thr) que se utilizará como medida de condiciones de turbulencia insuficientes. Descartar todos los flujos de CO₂ con los valores u_* correspondientes < u_*thr del conjunto de datos
      NOTA: El método presentado para usted_*thr determinación es el más simple, pero también el más subjetivo. Hay pocos métodos, más precisos, complicados y fiables para definir el umbral de velocidad de fricción^21,22 que la simple inspección visual que se puede utilizar aquí. Además, hay que mencionar que en sitios muy heterogéneos que definen u_*thr podría no ser fácil. En tales casos, deben tenerse en cuenta algunas otras medidas, que están bien descritas en la literatura^3,4.
7. Restricciones de representatividad espacial de flujo
   1. En primer lugar, trazar la rosa del viento, obtenida de mediciones o de la estación meteorológica más cercana, en el mapa de la zona investigada. Especifique qué sectores eólicos deben excluirse del análisis final (debido a la existencia de cualquier carga potencial o tipo de vegetación diferente al investigado). Utilice un método personalizado o utilice funciones listas de otro software matemático (por ejemplo, la función windRose en el software R).
   2. Según la estimación de las huellas integradas de viento cruzado elegidas durante el cálculo de los flujos (paso 2.4.3), decida qué característica de huella se utilizará para el análisis posterior (x_10%, x_30%, x_50%, x_70% o x _90% nivel). Para simplificar, cada valor de huella de 30 minutos proporciona información sobre cuál es la distancia (viento ascendente) hasta el borde del área, desde la cual la señal medida (flujo) se originó con un nivel de probabilidad determinado.
      NOTA: Aquí los valores de huella que representan 70% (x_70%) probabilidad se eligió como el límite, ya que el nivel más alto posible del 90% en los sitios espacialmente limitados resulta en ir mucho más allá del área de investigación.
   3. Elija los sectores de dirección del viento que sean más representativos del sitio de medición. Haga lo mismo con los valores de huella, teniendo en cuenta que la distancia más leñera (el valor de huella más alto) no puede exceder el área de interés (Figura1). Filtre los valores de flujo que no cumplan ambos requisitos.
      NOTA: Dado que el sitio de lanzamiento de viento Tlen I se encontraba entre los puestos forestales que sobrevivieron al tornado, sólo dos sectores de la dirección del viento fueron aceptados como representativos: 30-90o y 210-300o. Por lo tanto, se excluyeron todos los flujos de CO2 originados en el área más allá de estos sectores. Además, la distancia a la carga más cercana (flujo de aire distorsionante) o diferente tipo de ecosistema (con diferentes dinámicas netas de intercambio CO 2) en cada dirección debe ser el límite máximo de huella, aunque, se recomienda disminuir este valor. En el céntrico sitio de Tlen I, la distancia a los bordes del bosque sobreviviente era de aproximadamente 200 a 250 m; por lo tanto, el umbral de huella elegido se estableció en 200 m como máximo y se aplicó por igual en cada dirección.

4. Relleno de huecos y división del flujo neto en respiración y absorción de CO2

1. Elija el método para el llenado de flujo co₂ controlado por calidad y la división en absorción (flujos brutos de producción primaria [GPP]) y respiración (respiración del ecosistema [R_eco] flujos) a partir de varios enfoques de uso común, que incluyen tres grupos básicos: enfoque basado en procesos^23,24, métodos estadísticos^25,26, y el uso de redes neuronales^27,28.
   NOTA: Dado que los dos primeros grupos de métodos (enfoques estadísticos y basados en procesos) son ampliamente utilizados entre la comunidad científica, bien descritos y discutidos en la literatura y en el caso de estos últimos, se recomienda ser utilizado en una red global de sitios de medición (FLUXNET) y el proyecto del Sistema Integrado de Observación de Carbono (ICOS) (iniciativas internacionales destinadas a la monitorización de gases de rastreo, la recopilación de datos de las CE y la creación de protocolos comunes de procesamiento), el uso de ambos se recomendó aquí en el Principio.
2. Como ejemplo del enfoque basado en procesos, siga el procedimiento de la Red de Investigación de Fluxnet Canada (FCRN)^23,24).
   1. Seleccione los flujos netos de CO₂ (NEP) medidos durante los períodos nocturnos, así como todos los valores de flujo del exterior de la temporada de cultivo. Se supone que son flujos _eco totalmente R.
      NOTA: Para diferenciar entre la noche y el período diurno, también se puede utilizar el valor de umbral PPFD (por ejemplo, PPFD < 120 ámol-m^-2-1 como indicador nocturno²⁹). Por otra parte, para estimar cuándo comienza y termina el período de vegetación, se utilizó un método térmico simple aquí: cuando el aire diario promedio (a 2 m de altura) y la temperatura del suelo (a 2 cm de profundidad) eran superiores a 0 oC, se observó el comienzo de la temporada de vegetación y terminó cuando b ot temperaturas cayeron por debajo de 0 oC de nuevo. En el caso de diferentes especies de vegetación, se debe utilizar un umbral de temperatura diferente con respecto a la fisiología de las plantas. La aparición de la actividad fotosintética es diferente para los árboles de coníferas y caducifolios, cultivos y pastos, que proviene del hecho de que las diferentes especies de vegetación reaccionan de manera diferente a la temperatura del aire.
   2. Utilizando la temperatura (T) del suelo, el aire o la combinación de los dos, determinar la relación entre la temperatura y R_eco. Utilice cualquier software que permita ajustar funciones no lineales a los datos (por ejemplo, el software Matlab). En principio, elija el modelo de regresión de mejor ajuste (utilice, por ejemplo, el criterio de información de Akaike (AIC) para decidir la función que mejor se adapte a los datos); aunque en la práctica, una de las funciones más utilizadas es un modelo Lloyd-Taylor^30:
      
      donde R_eco es el valor del flujo de respiración del ecosistema, es la tasa de respiración en una temperatura de referencia, T_ref es la temperatura de referencia, T es la temperatura medida del aire o del suelo, T₀ es la temperatura que es un umbral para que la actividad biológica inicie (parámetro estimado del modelo), y E₀ es el parámetro que describe la energía de activación.
      NOTA: En el caso del procedimiento FCRN, algunas de estas variables se establecen de antemano: T_ref y E₀, que en el caso del sitio de lanzamiento de viento de Tlen I eran iguales a 283,25 K y 309 K, respectivamente. Algunos estudios sugieren el uso de la temperatura del suelo medida a la profundidad más superficial para la relación R_eco vs T ²⁵, que para una vegetación corta parecía ser la mejor opción, ya que gran parte de la emisión proviene de la respiración heterogénica del suelo y las raíces. A diferencia de los bosques altos, la respiración autotrófica del follaje, las ramas y los bolos, impulsados por la temperatura del aire, no juega un papel importante (si está presente).
   3. Usando la función de regresión R_eco vs T obtenida, llene los huecos en los flujos NEP de temporada nocturna y no de crecimiento y calcule el valor de la función para los flujos que faltan utilizando las mediciones de temperatura correspondientes. Tenga en cuenta que, en estos casos, R_eco - NEP, y GPP - 0. La misma función con las temperaturas diurnas dará flujos _eco R diurnos para cada valor de media hora.
   4. Calcule los valores de GPP de acuerdo con la ecuación: GPP - NEP + R_eco para cada flujo NEP disponible durante el día en la temporada de crecimiento o establecido en cero durante la noche y la temporada de no crecimiento. A continuación, busque la relación entre los flujos PPFD y GPP. Utilice cualquier software que permita ajustar funciones no lineales a los datos. Una vez más, hay una ecuación ampliamente utilizada para lograr tal relación- hipérbola rectangular de Michaelis-Menten, aquí en una forma modificada²⁶:
      
      donde GPP es el valor de flujo de producción primaria bruto de 30 minutos, es el rendimiento cuántico del ecosistema, y la_opción GPP es la tasa de flujo de GPP a un PPFD óptimo (2000 m^-2-1 ).
      NOTA: Utilice la función obtenida para modelar los valores de GPP para valores de flujos NEP medidos durante el día y la temporada de crecimiento.
   5. Al final de todo el procedimiento, utilice flujos _eco modelados GPP y R para calcular los valores de flujos NEP faltantes de la siguiente manera: NEP - GPP - R_eco.
      NOTA: Algunos pequeños huecos (algunos flujos que faltan) se pueden llenar con una función de regresión lineal simple, un enfoque medio móvil u otros métodos estadísticos antes de entrar en los modelos. Los huecos en las variables auxiliares (temperatura, radiación solar) deben llenarse antes de entrar en los modelos. Por lo tanto, la medición multiplicada de las mismas variables o subrogadas es útil, lo que ayuda a evitar grandes brechas en los conjuntos de datos.
3. Para llenar los huecos no sólo en el CO₂ sino también en otros valores de flujo CE (calor sensible y latente), así como en los elementos meteorológicos importantes, utilice la herramienta en línea ReddyProc²⁵ (disponible también como paquete de software R).
   NOTA: A diferencia del método anterior, primero se llenan los flujos NEP que faltan y, a continuación, cada flujo neto de media hora se divide en GPP y R_eco. El tipo de modelo utilizado para la partición de flujos _eco R es el mismo que en la técnica anterior.
   1. Para utilizar una herramienta en línea, preparar los datos de acuerdo con las normas relativas a su formato y orden. Los datos necesarios incluyen promedios de 30 minutos de CO₂ neto (NEP), calor latente (LE) y flujos de calor sensible (H), déficit de vapor de agua (VPD) y valores de velocidad de fricción calculados mediante mediciones CE, así como la temperatura del suelo o del aire (_aire T o _sueloT), radiación solar entrante (R_g) y humedad relativa del aire (RH).
   2. Vaya a la página Procesamiento y rellene toda la información necesaria sobre el sitio de medición (nombre, coordenadas, altitud, zona horaria).
   3. Decida si desea estimar el umbral u_* adicionalmente con este software (véanse los pasos 3.6.2 y 3.6.3), qué método utilizar y para qué período de tiempo: todo el año o por separado para cada temporada.
   4. Seleccione uno o ambos métodos para la partición de flujosnetos (noche-²⁵ o 31 basado en el día) y ejecute el proceso de cálculo.
4. Compare los resultados obtenidos en términos de rendimiento de ambos métodos en el llenado y partición de huecos de flujo NEP mediante la creación de brechas artificiales en NEP, y compruebe con qué precisión se modelaron.
5. Calcule los totales diarios, mensuales y anuales de todos los flujos de CO₂ llenos de brecha, incluidos NEP, GPP y R_eco,sobre la base de los cuales se pueden rastrear los cambios en el funcionamiento del ecosistema. Utilice la propia función de los usuarios para agregar estos flujos por separado en el dominio de tiempo elegido y resumir todos los valores.
   NOTA: En el sitio de lanzamiento de viento de Tlen I, los totales anuales, así como los flujos mensuales permitieron analizar no sólo la dinámica neta de CO_2, sino también los mecanismos de recuperación post-perturbación del bosque gestionado.

Resultados

Uno de los pasos cruciales en el filtrado de flujo y el control de calidad en sitios EC no ideales es la evaluación de la representatividad espacial de los flujos medidos. La forma más sencilla de realizar este análisis, dado el hecho de que los cálculos se realizaron utilizando software comercial y ampliamente aplicado, es incluir mediciones de la zona deseada únicamente, sobre la base de la dirección del viento y las estimaciones de huella (ver sección 3.7). Así, la gráfica de ...

Discusión

Este protocolo presenta el método de covarianza eddy (EC) que se utilizará en sitios no ideales (aquí un sitio de lanzamiento de viento reforestado): ubicación del sitio y configuración de la infraestructura de medición, cálculo y postprocesamiento de flujos de CO₂ netos, así como algunos problemas relacionados con procedimientos de llenado de huecos y tabiques de flujos.

A pesar de que la técnica DE la CE se utiliza comúnmente en muchos sitios de medición en todo el mund...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Adjustable mast with metal rails and electric engine (24 V)	maszty.net	-	Alternative basic construction. To be designed and made by professionals
EddyPro	LI-COR, Inc.	ver. 6.2.0.	Free commercial software for fluxes calculation. Available on a website: https://www.licor.com/env/products/eddy_covariance/software.html, on request
Enclosed-path infrared gas analyzer	LI-COR, Inc.	LI-7200	One of two instruments of the eddy covariance system (EC) used for CO2 fluxes measurements. Other types of fast analyzers (>10Hz sampling frequency) can be used
REddyProc	-	-	Free software for EC fluxes gap filling and partitioning. Available on Max Planck Institute for Biogeochmistry: https://www.bgc-jena.mpg.de/bgi/index.php/Services/REddyProcWeb. Both online tool and R package are provided.
Short aluminum tower base with concrete foundation	maszty.net	-	Alternative basic construction (pioneering solution). To be designed and made by professionals
Sonic anemometer	Gill Instruments	Gill Windmaster	One of two instruments of the eddy covariance system (EC) used for wind speed measurements. Other types of three-dimensional sonic anemometers can be used
Stainless-steel tripod	Campbel Scientific, Inc.	CM110 10 ft	The basic construction for eddy covariance (EC) system. Can be constructed by yourself- materials to be found in a hardware store
Sunshine sensor	Delta-T Devices Ltd.	BF5	One of the exemplary instruments for photosynthetic photon flux density measurements (PPFD). To be bought from several commercial companies. Remember to place it above the canopy, far from reflective surfaces.
Thermistors	Campbel Scientific, Inc.	T107	One of the exemplary instruments for soil temperature measurements. To be bought from several commercial companies. It is advisable to have a profile of soil temperature
Thermohygrometer	Vaisala Oyj	HMP155	One of the exemplary instruments for air temperature and humidity measurements. To be bought from several commercial companies. Remember to place it inside radiation shield at similar height as the EC system.