Ideal olmayan Eddy Kovaryans sitelerinde CO2 fluxes ölçümleri

Özet

Sunulan protokol, Polonya 'nın Şu anda yeniden ormanlanmış windthrow sitesinde, sınırlı alan ile kısa gölgelikli ekosistemlerin her türlü uygulanabilir tipik olmayan konumlarda, Eddy Kovaryans yöntemini kullanır. Site kurulum kurallarının ölçümü, Flux hesaplamaları ve kalite kontrolü ile nihai sonuç analizinin detayları açıklanmıştır.

Özet

Bu protokol, Polonya 'nın Şu anda yeniden ormanlanmış windthrow bölgesinde, tipik olmayan ekosistemlerde, dağınık ve geçici olarak ortalama net Co₂ Cereyanlar (net ekosistem üretimi, nep) araştırmak için Eddy Kovaryans (EC) tekniği kullanarak bir örnektir. Bir kasırga olay sonra, nispeten dar "Koridor" deneyleri bu tür karmaşıklaşır yaşayan orman standları, içinde oluşturuldu. Özellikle başında, düşen ağaçlar ve sitenin genel olarak büyük heterojenliği yapmak için zorlu bir platform sağlamak çünkü oda yöntemi gibi diğer ölçüm teknikleri, bu koşullar altında daha da zordur, uygulama ve daha sonra elde edilen sonuçları düzgün bir şekilde lüks şekilde El değmemiş ormanlarda gerçekleştirilen standart EC ölçümleriyle karşılaştırıldığında, windthrow alanlarının durumu, kendi temsillerini sağlamak için site konumu ve veri analizi konusunda özel bir göz atma gerektirir. Bu nedenle, burada (1) site konumu ve enstrümantasyon kurulumu, (2) Flux hesaplaması, (3) titiz veri filtreleme ve içeren dinamik olarak değişen, ideal olmayan bir EC sitede gerçek zamanlı, sürekli CO₂ Flux ölçümleri bir protokol sunuyoruz kalite kontrol ve (4) boşluk dolum ve Co₂ solunum ve emilimi içine bölümleme net Cereyanlar. Açıklanan metodolojinin ana avantajı, diğer dağınık şekilde sınırlı ekosistemlere uygulanabilen deneysel kurulum ve sıfırdan ölçüm performansının ayrıntılı bir açıklamasını sağlamasıdır. Ayrıca, non-uzmanlar için bir açıklama sağlayarak, alışılmamış site operasyonu ile başa çıkmak için nasıl öneriler listesi olarak görülebilir. Elde edilen kalite kontrol edilen, boşluk dolu, yarım saat net CO₂değerleri, emilim ve solunum fluxes, sonunda günlük, aylık, mevsimsel veya yıllık toplamları içine toplanmış olabilir.

Giriş

Günümüzde, atmosferdeki en sık kullanılan teknik-toprak ekosistemi karbondioksit (CO₂) değişim çalışmaları, Eddy Kovaryans (EC) tekniği¹' dir. Ak yöntemi onlarca yıldır kullanılmıştır ve tüm metodolojik, teknik ve pratik yönleri ile ilgili konularda kapsamlı açıklamaları zaten yayınlandı^2,3,4. Benzer amaçlar için kullanılan diğer tekniklerle karşılaştırıldığında, ak yöntemi, tüm elemanların karmaşık bir şekilde katkıyı göz önünde bulundurarak, otomatik, nokta ölçümlerinden, dağınık ve temporal ortalama net Co₂ Cereyanlar 'i elde etmenizi sağlar ekosistemler, yerine zahmetli, manuel ölçümler (örneğin, oda teknikleri) veya birçok numune alma gereksinimi¹.

Arazi ekosistemleri arasında, ormanlar C bisiklet en önemli rol oynar ve birçok bilimsel faaliyetler CO₂ döngüsü, odunsu biyokütle karbon depolama ve İklim koşulları değişen ile karşılıklı ilişkileri araştırmaya odaklanmıştır hem doğrudan ölçüm ya da modelleme⁵. Birçok EC siteleri, en uzun Flux kayıtları⁶dahil olmak üzere, ormanlar farklı türde⁷üzerinde ayarlandı. Genellikle, site konumu dikkatle ölçümleri başlamadan önce, en homojen ve en büyük alan mümkün hedefi ile seçildi. Ancak, windthrows gibi rahatsız orman sitelerinde, ak ölçüm istasyonları sayısı hala yetersiz^8,9,10. Bir nedeni site kurulumu ölçme ve en önemlisi, aniden görünen konumları az sayıda lojistik güçlüktir. Windthrow bölgelerinde en bilgilendirici sonuçları elde etmek için, bu tür tesadüfi bir olaydan sonra mümkün olduğunca kısa sürede başlamak çok önemlidir, bu da ek sorunlara neden olabilir. Dokunulmamış orman sitelerinin aksine, Rüzgar atma sitelerindeki ak ölçümleri daha zordur ve önceden kurulan prosedürlerden³' e kadar sapabilir. Bazı aşırı rüzgar fenomen dağınık sınırlı alanlar oluşturmak beri, mümkün olduğunca çok güvenilir Flux değerleri türetmek için düşünceli bir ölçüm istasyonu konumu ve dikkatli veri işleme için bir ihtiyaç vardır. Ak Yöntem uygulamasında benzer zorluklar meydana gelmiştir (örn. uzun ama dar bir gölün üzerinde gerçekleştirilen bitirme çalışmaları), ölçülen Co₂ Cereyanlar 'in uzamsal temsili.

Bu nedenle, sunulan protokol, sadece windthrow alanları için değil, sınırlı alan (örneğin, uzun boylu bitki çeşitleri arasında yer alan tarlalarınızın) ile kısa bitki örtüsü diğer tüm türleri için tasarlanmış tipik olmayan konumlarda EC yönteminin kullanımı bir örnektir. Önerilen metodoloji en büyük avantajı karmaşık prosedürler genel bir açıklaması, gelişmiş bilgi gerektiren, site konumu seçim ve enstrümantasyon nihai sonuca kadar ayarlanmış: yüksek kaliteli CO₂ tam bir veri kümesi Cerayanlar. Ölçüm protokolünün teknik yenilik EC sistem yerleştirme için benzersiz bir temel yapı kullanımı (örneğin, bir "mini-kule" ayarlanabilir, elektriksel olarak çalışan mast ile belirlenen yüksekliği ile tripod, son yüksekliği değiştirerek izin bireysel ihtiyaçlarına göre sensörler).

Protokol

1. site konumu ve enstrümantasyon kurulumu

1. AK yönteminin temel gereksinimlerini karşılamak için nispeten homojen ve düz bir arazide bir ölçüm sitesi konumu seçin. Karmaşık ev formları (depresyonlar, yamaçlarda) veya aerodinamik engelleri (örneğin, kalan ağaç standları), hava akışını deforme edebilir yakın bulunan yerlerden kaçının.
   1. Türler bileşimi ve bitki kapağını kontrol edin. En benzer özelliklere sahip bir yer seçin: Ana bitki tipi yaş ve yüksekliği.
   2. Mümkünse, homojen alanı seçmeye yardımcı olan bazı ek toprak araştırmaları gerçekleştirin. Toprak tiplerini birkaç yerde (toprak profilleri), toprak karbon ve nitrojen içeriğinin yanı sıra nem koşullarında (örn. toprak örnekleme için düzenli ızgara kullanarak) karşılaştırın. Toprak soruşturmasının ortalama değerleri ile karşılaştırıldığında olağanüstü özelliklere sahip yerlerden kaçının.
2. Enstrümanları nereye yerleştireceğinize karar vermeden önce, (site kurulumundan bir yıl önce ideal) rüzgar yönlerini araştırın veya en yakın meteorolojik istasyondan verileri analiz edin. İlgi alanının kapsamı ile ilgili bazı kısıtlamalar varsa, Rüzgar sektörlerinde (rüzgara) hakim olan konumu seçin.
   Not: Polonyalı windthrow sitesi durumunda, kasırga yolunun şekline bağlı olarak, kuleyi genişlik boyutunun ortasında (400 − 500 m) ve komşu, birkaç yıllık çam tarlasında Doğu-Batı yönünde mümkün olduğunca yerleştirmeye karar verildi (CA. 200 m f kule kenarlarına ROM), çünkü egemen Rüzgar yönü Kuzey-Batı Güney-Batı ve Kuzey-Doğu (Şekil 1) oldu.
3. Hangi EC sisteminin kullanılacağını karar verin: açık yol veya kapalı yol (kapalı yol = kısa emme tüpü ile kapalı yol) Kızılötesi gaz analizörü (veya mümkünse ikisi). Her iki avantaj ve dezavantajları vardır ama genel olarak, her ikisi de bir alanda kullanılmak üzere güvenilir. Üç boyutlu (3D) ortogonal sonik Anemometre kullanın. AK yöntemini kullanmak için, her iki enstrüman durumunda en az 10 Hz olarak yüksek frekans ölçümleri gereklidir.
   1. Ne tür bir güç kaynağı sitede kullanılmak üzere en uygun olduğunu düşünün (orada bir güç hattı yakın, güneş panelleri veya diğer jeneratör?). Sınırlama yoksa, kapalı yol (veya kapalı) yol gaz analizörü kullanın.
      Not: açık bir yol sistemi çok daha düşük güç tüketimi vardır, ancak sert ortamlarda (çok soğuk hava, buzlanma, yağmurlu yerlerde) yüksek kaliteli veri önemli ölçüde kaybına neden olur.
   2. Her iki aleti birbirlerine göre konumlandırmak için kuralları izleyin¹³. AK sistemine yakın herhangi bir gereksiz öğe montajından kaçının, bu da hava akışını deforme edebilir.
      Not: Bu deneyde kapalı bir yol Çözümleyicisi (malzeme tablosu) ve 3D sonik Anemometre (malzeme tablosu) kullanılmıştır.
4. Konum seçildikten sonra, EC sistemini üst üste takmak için dikey kutup (veya başka bir temel yapı) ile bir tripod yerleştirin. İki temel gereksinimi dikkate alan enstrümanların yüksekliğini ayarlayın: yüzey pürüzlülüğü (mevcut bitki örtüsü yüksekliğinin basitleştirme) ve etki alanı (getirme/ayak izi-EC sistemi tarafından "görülen" alan)⁴.
   Not: yeniden ormanlanmış windthrow sitesi tlen ı gibi dinamik olarak gelişmekte olan ekosistemlerde, cihaz yerleşimi ile zamanla ilgili değişiklik, EC Yöntem gereksinimlerini karşılamak için gerekli olacaktır. AK sistemi için temel yapının bir alternatifi olarak, yenilikçi bir altyapı (örn., "mini-kule") burada önerilmiştir: bir çapa alüminyum inşaatı (1,5-m-yüksek dikdörtgen Truss (W x L) 1 m x 1,2 m) mast ile (üçgen Truss 30 cm x 30 cm x 30 cm) hareketli çelik raylar boyunca yapının içinde, bir elektrik motoru ile güçlendirilmiş.
   1. İlk olarak, ak sisteminin her iki aleti de merkezi olarak direğe takılan metal bir direğe monte edin. Sonik Anemometre mükemmel dikey bir konuma yerleştirmek unutmayın. Yağmur suyunun kolayca kaçmasına izin vermek için gaz analizörü hafifçe eğin.
   2. Enstrümanları toprak yüzeyinden iki kat daha yüksek bir yüksekliğe ve gölgeliğin üst kısmındaki en az 1,5 − 2,0 m 'ye yükseltin.⁴. Temel inşaatın bir şekilde bulunduğundan emin olun, bu da araştırılan alanın her yönde¹⁴' ün en az 100 kez bir sensör yerleşimi yüksekliğini uzatmasını sağlar.
   3. Metal konstrüksiyon için yıldırım koruması yüklemeyi unutmayın.
      Not: Lehçe windthrow sitesinde (tlen ı) EC ölçümden maksimal çıkış elde etmek Için bazı taviz verildi. Enstrümanlar, denemenin başlangıcında 3,3 m yüksekliğine yerleştirilmiştir.
5. Daha fazla hesaplama ve Flux analizi için, en az dahil olmak üzere aynı anda bazı yardımcı değişkenler ölçmek: hava (ta) ve toprak (TS) sıcaklık, bağıl nem (RH) hava, fotosentetik foton flux yoğunluğu (PPFD), gelen güneş radyasyon (RG) ve yağış (P). Genellikle, EC sitelerinde çok sayıda diğer değişkenler de elde edilir.
   1. Radyasyon sensörlerini (PPFD ve RG) güneye yerleştirin. Tripod uzak taşımak için yatay bir kutup kullanın. Sensörlerin görünüm açısını kontrol edin ve yalnızca araştırılan yüzeyin görülmesini sağlamak için kutup uzunluğunu ve Montaj yüksekliğini ayarlayın.
   2. AK sistemi olarak benzer bir yükseklikte monte edilmiş, Radyasyon kalkanları ile hava sıcaklığı ve nem sensörleri kullanın.
   3. AK Kulesinin yakınında, zemin seviyesinin 1 m üzerinde, nispeten açık alanlarda (en az iki) tüyo-kova yağmur göstergeleri yükleyin. Toprak sıcaklık sensörlerini birkaç farklı derinliklerde gömün (toprak tipine bağlı olarak üç veya daha fazla). Her derinlik için bazı tekrarlar olduğunu unutmayın. Mümkün olan en sığ seviyeye bazı sensörler yerleştirin.

2. CO₂ Flux hesaplaması

1. Düzeltme uygulamaları içeren EC Flux hesaplaması için ticari olarak kullanılabilen ücretsiz yazılımları (örn., EddyPro¹⁵) kullanın.
   Not: Bu yazılım karmaşıklığı, popülerlik ve Kullanıcı dostu nedeniyle seçildi ve özellikle olmayan uzmanlar için tavsiye edilir.
2. İlk olarak, yeni bir proje oluşturun ve sonra Proje bilgileri sekmesinde, ham veri dosyası biçimini belirtin ve meta veri dosyası seçin. Ham veri ". GHG" dosyaları olarak elde edildi, bireysel meta veri dosyası zaten katıştırılmış ve başka bir eylem gereklidir. Diğer durumlarda, Alternatif dosya seçeneğini kullanın ve tüm bilgileri el ile yazın.
   Not: meta veri dosyası ölçülen değişkenlerin sırasını, birimlerin ve Flux hesaplaması için gereken bazı ek bilgileri belirtir. Kurulum ayrıntılarını veya site özelliklerini değiştirirseniz, meta veri bölümünde değiştirmeyi unutmayın.
3. Flux info sekmesine gidin, veri kümesi ve çıkış dizinlerini seçin, ham dosya adı biçimini belirtin ve Flux hesaplaması için öğelerin listesini kontrol edin.
4. İşlem seçenekleri sekmesine gidin ve ham veri işleme ayarlarını seçin.
   1. Yerel rüzgar düzene göre sonik Anemometre herhangi bir yanlış hizalama için muhasebe sağlar Anemometre ' ölçümleri (döndürme yöntemi), düzeltilmesi için yöntemi seçin¹⁵. İlk düzlemsel Sığdır yaklaşımı¹⁶ (ideal olmayan, heterojen konumlar için önerilen) Tick.
   2. 0-1-2 işaretleme ilkesi¹⁷ (kalite kontrol prosedürün sonuçlarını sunan yaklaşım) türünü seçin.
   3. Tercih edilen ayak izi yöntemini (ölçülen fluxes üzerindeki etki alanı) (örn., kljun¹⁸ yaklaşımı) seçin. Diğer tüm ayarları değişmeden bırakın (varsayılan seçenekler).
      Not: burada, uygulanacak düzeltmeler ile ilgili seçenekler listesinden seçim yapabilir, ayak izi hesaplama yöntemini veya çıktı dosyalarının yapısını ayarlayabilirsiniz. Ancak, burada listelenenler dışında, seçilen EC yazılımının ön çalışması sırasında standart seçenekleri değiştirmeyin önerilir.
5. Herhangi bir sorun/soru durumunda, daha fazla bilgi almak için ilgi seçeneği yanındaki soru işareti (?) düğmesini kullanın. Bir sekmedeki yanlış veya eksik bilgilerin başka bir hareketi engellemez olduğunu unutmayın.
6. Sondaki Cereyanlar hesaplamasıyla başlamak için Gelişmiş modu Çalıştır 'ı tıklatın. Yalnızca varsayılan ayarları kullanmak durumunda bir Express modunu çalıştır'ı tıklatın.

3. filtreleme ve Cereyanlar kalite kontrolü

1. Düzenli bir bakım planı kullanarak veri kaybını kaçının. Bireysel yeteneklere göre, su veya hafif deterjan kullanılarak mümkün olduğunca sıklıkla temiz sensörler.
2. CO₂ standartları (0 ppm ve en az bir diğer konsantrasyon, örneğin, 360 ppm) kullanarak her 6 ayda bir gaz analizörlerin kalibrasyonunu en az bir kez gerçekleştirin. Her Kalibrasyondan önce en az 24 saat, sensör kafası içinde iki küçük şişede bulunan CO₂ ve h₂O emici ajanları (sırasıyla sodyum hidroksit kaplı silis ve magnezyum perklorat) değiştirir.
   Not: kalibrasyon prosedürü nispeten kolay ve iyi gaz analizörü kılavuzda açıklanmıştır. LI-7200 ve LI-7500 adanmış yazılım, tüm sürecin adım adım yönergeleri içeren bir sekme vardır. Herhangi bir zorluk durumunda, Analizörler her zaman üretici tarafından gerçekleştirilen bir fabrika kalibrasyonu için gönderilebilir, ancak sensör demontaj gerektirir ve Flux veri kümesinde uzun boşluklar sonuçları.
3. Flux hesaplama yazılımından ve yardımcı ölçümlerden gelen tüm sonuçları içeren ortak bir dosya (örn.,. csv,. xlsx) oluşturun. İlgili 30 dakika ortalamalarının (fluxes ve meteorolojik değişkenler) aynı anda ölçüldüğünü emin olun.
   Not: filtreleme prosedürünü basitleştirmek ve hızlandırmak Için, bir elektronik tabloda çalışmak yerine kullanıcıların becerilerine bağlı olarak ek programlar (örn. MATLAB veya ücretsiz R yazılımı) kullanın.
4. Bu dosyadan veri üzerinde aşağıda açıklanan tüm filtreleme adımlarını (bölümler 3.5-3.7) gerçekleştirin. Elektronik tablodaki filtreleme araçlarını kullanın (veya katıştırılmış "Eğer" işlevi) veya diğer yazılımları kullanan özel filtreleme işlevleri oluşturun.
5. Olumsuz hava koşullarını ve enstrüman arızaları belirleyin.
   1. Gaz Analizörü kontaminasyonu nedeniyle hatalara maruz kalan verileri filtrelemek için enstrüman performans göstergelerini kullanın. Kapalı yol Çözümleyicisi için, çıkış dosyasında verilen ortalama sinyal gücü (ASS) değerini fluxes ' hesaplama yazılımından kontrol edin. Ardından, aşağıda ölçülen tüm fluxları (co2_flux) işaretleyin ve atın, örn., Ass =% 70 (enstrüman kılavuzunda önerilenden% 10 daha yüksek eşik).
   2. İsteğe bağlı olarak, (örneğin,-15-15 μmol ∙ m^-2∙ s^-1 tlen ı sitesinde) dışuçların dışlama sağlayan fluxes için sabit bir Aralık ayarlayın. Normal aralığın dışındaki fluxları kaldırmanın olası yollarından biri, her sezon için bireysel olarak hesaplanan ortalama Flux değerinden 2 − 3 standart sapmaların sınırını kullanmaktır.
      Not: yazarlar şiddetle olmayan uzman tarafından tlen ı site durumunda yapılan bir priori aralığı kullanarak tavsiye etmiyoruz. İstatistiksel yaklaşım çok daha güvenilir ve objektif.
   3. Herhangi bir yağmur olayı (veya diğer yağış türü) sırasında ölçülen Cereyanlar atın; P ≥ 0,1 mm olduğunda Cereyanlar silin.
6. Eddy Kovaryans yöntemi uygulaması için uygunsuz koşullar için hesap.
   1. Sabit devlet testinin sonuçlarını ve Yazılımdaki Cereyanlar hesaplaması sırasında gerçekleştirilen iyi geliştirilen türbülans testini,^17,19 ' a göre kullanın (bkz. Adım 2.4.2). Akış verilerini düşük kaliteyle (CO₂ Flag değerleri: qc_co2_flux > 1) ortak sonuç dosyasında atın.
   2. Geceleri ölçülen Co₂ Cereyanlar değerlerini filtrelemek için çıkış dosyasında verilen gece süresi göstergesini (gündüz = 0) kullanın. Tüm gece Co₂ Cereyanlar karşılık gelen sürtünme hızı değerlerine karşı Plot (u_* aynı zamanda ölçülen) ve bu Cereyanlar artan durdu u_* değerini bulmak.
   3. Elde edilen değeri, yetersiz türbülans koşullarının bir ölçüsü olarak kullanılmak üzere sürtünme hızı eşiği (u_{* THR}) olarak işaretleyin. Tüm Co₂ Cereyanlar 'i veri kümesinden < u_{* THR} ile ilgili u_* değerleri ile atın
      Not: sizin için sunulan Yöntem_{* THR} belirlenmesi basit ama aynı zamanda en subjektif. Burada kullanılabilecek basit görsel muayene daha sürtünme hızı eşik^21,22 tanımlamak için birkaç, daha hassas, karmaşık ve güvenilir yöntemler vardır. Ayrıca, bu çok heterojen sitelerde u_{* THR} kolay olmayabilir tanımlamak belirtilmelidir. Bu gibi durumlarda, literatürde^3,4.
7. Flux uzamsal temsili kısıtlamaları
   1. Önce, ölçüm veya en yakın meteorolojik istasyondan elde edilen rüzgar gül, araştırılan alan haritası üzerinde arsa. Hangi rüzgar sektörlerinin nihai analizden dışlanacağı (herhangi bir potansiyel yükü veya araştırılandan farklı bitki örtüsü türünün varlığı nedeniyle) belirtin. Özel bir yöntem kullanın veya diğer matematiksel yazılımdan (örn., R yazılımında windRose işlevi) hazır fonksiyonları kullanabilirsiniz.
   2. Cereyanlar hesaplaması sırasında seçilen CrossWind entegre ayak izlerinin tahminine göre (adım 2.4.3), daha fazla analiz için hangi ayak izini kullanacağına karar verin (x_10%, x_30%, x_50%, x_70% veya x _90% Level). Basitleştirmek için her 30 dakikalık ayak izi değeri, ölçülen sinyalin (Flux) belirli bir olasılık düzeyiyle kaynaklı olduğu alanın kenarına olan mesafenin (rüzgarın) ne olduğu hakkında bilgi sağlar.
      Not: burada% 70 (%x_70) olasılık temsil eden ayak izi değerleri sınır olarak seçilmiştir, çünkü olası en yüksek 90% düzeyi, dağınık olarak sınırlı sitelerde araştırma alanının ötesinde iyi gidiyor sonuçlanır.
   3. Ölçüm yerinin en çok temsilcisi olan Rüzgar yönü sektörlerini seçin. Aynı şeyi ayak izi değerleri ile yapın, en uzak mesafenin (yüksek ayak izi değeri) ilgi alanını aşmamasını unutmayın (Şekil 1). Her iki gereksinimi karşılamadı Flux değerleri filtre.
      Not: windthrow tlen ı sitesi kasırgadan kurtulan orman standları arasında yer alan bu yana, Rüzgar yönü sadece iki sektör temsilcisi olarak kabul edildi: 30 − 90 ° ve 210 − 300 °. Böylece bu sektörlerin ötesinde bulunan tüm CO₂ Fluxlar hariç tutulur. Ayrıca, en yakın yükü (deforme hava akışı) veya farklı ekosistem türü (farklı net CO₂ Exchange dinamikleri ile) her yönde uzaklığı maksimal ayak izi sınırı olmalıdır, ancak, bu değeri azaltmak için tavsiye edilir. Merkezi bir konumda bulunan tlen ı sitesinde, kalan ormanın kenarlarına olan mesafe 200 − 250 m; Bu nedenle, seçilen ayak izi eşik en fazla 200 m olarak ayarlandı ve her yönde eşit olarak uygulanır.

4. boşluk doldurma ve net Flux bölme CO₂ solunum ve emilimi

1. Kaliteli kontrol edilen CO₂ Flux Gap doldurma ve bölme emilimi (Brüt Primer üretim [GPP] fluxes) ve solunum (ekosistem solunumu [R_Eco] fluxes) çeşitli sık kullanılan yaklaşımlardan yöntemi seçin, üç temel grupları içerir: süreç tabanlı yaklaşım^23,24, istatistiksel yöntemler^25,26, ve neural ağlar kullanımı^27,28.
   Not: yöntemlerin ilk iki grubu (süreç tabanlı ve istatistiksel yaklaşımlar) yaygın bilimsel toplum arasında kullanılan, iyi açıklanan ve literatürde tartışılan ve ikincisi durumunda, Flux küresel bir ağda kullanılmak üzere tavsiye ölçümleri siteleri (FLUXNET) ve entegre karbon gözlem sistemi (ıCOS) projesi (izleme gazları takibine yönelik uluslararası girişimler, EC veri toplama ve ortak işleme protokolleri oluşturma), her ikisinin de kullanımı burada tavsiye edildi Başlangıç.
2. Süreç tabanlı yaklaşıma örnek olarak, Fluxnet Kanada araştırma ağı 'ndan (FCRN) gelen prosedürü izleyin^23,24).
   1. Gece dönemlerinde ölçülen net Co₂ Cereyanlar (NEP) ve büyüyen sezonun dışındaki tüm Flux değerleri seçin. Bunlar tamamen R_Eco fluxes olduğu varsayılır.
      Not: gece ve gündüz dönemi arasında ayrım yapmak Için PPFD eşik değeri de kullanılabilir (örn., PPFD < 120 μmol ∙ m^-2∙ s^-1 , gece göstergesi olarak²⁹). Ayrıca, bitki örtüsü döneminin ne zaman başladığını ve bittiğini tahmin etmek için, burada basit bir termal Yöntem kullanıldı: ortalama günlük hava (2 m yükseklikte) ve toprak sıcaklığı (2 cm derinliğinde) 0 °C ' den büyükse, bitki örtüsü sezonunun başlangıcı not edildi ve b sıcaklık 0 °C ' nin altına düştü. Farklı bitki çeşitleri durumunda, bitkiler fizyolojisi ile ilgili olarak farklı bir sıcaklık eşiği kullanılmalıdır. Fotosentez aktivitesinin başlangıcı, farklı bitki örtüsü türlerinin hava sıcaklığına farklı tepki gösterdiği gerçeğinden gelen iğne yapraklı ve yaprak döken ağaçlar, bitkileri ve otlar için farklıdır.
   2. Toprak, hava veya iki kombinasyonu sıcaklığı (T) kullanarak, sıcaklık ve R_Ecoarasındaki ilişkiyi belirlemek. Doğrusal olmayan fonksiyonların verilere (örn. MATLAB yazılımı) sığdırmasına olanak sağlayan herhangi bir yazılımı kullanın. Temel olarak, en uygun regresyon modelini seçin (örneğin, Akaike bilgi kriteri (AıC) verilere en uygun işlevi karar vermek için); uygulamada olsa da, en sık kullanılan işlevlerden biri Lloyd-Taylor³⁰ modelidir:
      
      Burada R_Eco ekosistem solunum akı değeri, bir referans sıcaklığındaki Solunum oranı, t_ref referans sıcaklığıdır, t ölçülen hava veya toprak sıcaklığı, t₀ (modelin tahmini parametre) başlatmak için biyolojik aktivite için bir eşik olan sıcaklık ve E₀ etkinleştirme enerji açıklayan parametresidir.
      Not: FCRN prosedürü durumunda, bu değişkenlerin bazıları önceden ayarlanır: T_ref ve E₀, tlen ı windthrow site durumunda sırasıyla 283,25 k ve 309 k, eşit idi. Bazı çalışmalar, emisyon büyük bir parçası geliyor beri kısa bir bitki örtüsü için en iyi seçim gibi görünüyordu R_Eco vs T ilişki²⁵, için sığ derinliği ölçülen toprak sıcaklığı kullanımını düşündürmektedir toprak ve kökleri heterojenik solunum. Uzun ormanda aksine, yaprakları, dalları ve Boles, hava sıcaklığı ile tahrik autotrofik solunum, büyük bir rol oynamaz (varsa).
   3. Elde edilen R_Eko vs T regresyon fonksiyonunu kullanarak, gece ve olmayan büyüyen sezon NEP Cereyanlar boşlukları doldurun ve ilgili sıcaklık ölçümleri kullanarak eksik Cereyanlar için fonksiyon değerini hesaplayın. Bu durumlarda R_Eco = NEP ve GPP = 0 olduğunu unutmayın. Gündüz sıcaklıkları ile aynı fonksiyon her yarım saat değeri için gündüz R_Eko Cereyanlar verecektir.
   4. Denklem göre GPP değerlerini hesaplayın: GPP = NEP + R_Eco büyüyen sezonunda gündüz her kullanılabilir NEP Flux için veya gece ve non-büyüyen sezonu sırasında sıfıra ayarlanır. Ardından, PPFD ve GPP fluxes arasındaki ilişkiyi bulun. Doğrusal olmayan işlevlerin verilere sığdırmasına olanak sağlayan herhangi bir yazılımı kullanın. Yine, bu tür bir ilişki elde etmek için yaygın olarak kullanılan bir denklem var-Michaelis-Menten dikdörtgen hiperbol, burada değiştirilmiş bir formda²⁶:
      
      Burada GPP 30 dakika ortalamayı brüt Primer üretim akı değeri, α ekosistem kuantum verim ve GPP_opt optimum ppfd (2000 μmol ∙ m^-2∙ s^-1) GPP Flux oranı olduğunu.
      Not: ölçülen gündüz, büyüyen sezon NEP Cereyanlar değerleri için GPP değerleri modeli için elde edilen işlevi kullanın.
   5. Tüm prosedürün sonunda, eksik NEP Cereyanlar değerlerini aşağıdaki gibi hesaplamak için modellenmiş GPP ve r_Eco Cereyanlar kullanın: NEP = GPP- R_Eko.
      Not: bazı küçük boşluklar (birkaç eksik fluxes) modelleri girmeden önce basit bir doğrusal regresyon işlevi, hareketli bir ortalama yaklaşımı veya diğer istatistiksel yöntemler ile doldurulabilir. Modellere girmeden önce, yardımcı değişkenlerdeki (sıcaklık, Güneş radyasyon) boşluklar doldurulmalıdır. Bu nedenle, aynı veya vekil değişkenlerin çarpılan ölçümü, veri kümelerinde büyük boşluklar önlemek için yardımcı yararlıdır.
3. Sadece Co₂ değil, aynı zamanda diğer EC Flux değerleri (mantıklı ve gizli ısı), yanı sıra önemli meteorolojik unsurlar boşlukları doldurmak için reddyproc²⁵ Online Aracı (bir R yazılım paketi olarak da mevcuttur) kullanın.
   Not: önceki yöntemin aksine, ilk kayıp NEP Cereyanlar doldurulur ve sonra her yarım saat net Flux GPP ve R_Ecobölümlenmiş. R_Eco Cereyanlar bölümleme için kullanılan model türü önceki teknikle aynıdır.
   1. Çevrimiçi bir araç kullanmak için, verileri kendi formatlarına ve siparişlerine göre hazırlayın. Gerekli veriler arasında net Co₂ (NEP), gizli Heat (Le) ve mantıklı ısı (H) fluxes, su buharı açığı (VPD) ve ak ölçümleri kullanılarak hesaplanan sürtünme hızı değerlerinin yanı sıra toprak veya hava sıcaklığı (T_hava veya T_toprak), gelen güneş radyasyon (R_g) ve hava bağıl nem (RH).
   2. İşleme sayfasına gidin ve ölçüm sitesi (ad, koordinatlar, yükseklik, saat dilimi) ile ilgili tüm gerekli bilgileri doldurun.
   3. Bu yazılımla birlikte u_* eşik değerinin tahmin edilip edileceğine karar verin (3.6.2 ve 3.6.3 adımlarına bakın), hangi yöntemi kullanmak ve hangi süre için: tüm yıl veya ayrı olarak her sezon için.
   4. NET Cereyanlar bölümleme (gece-²⁵ veya gündüz-tabanlı³¹) için bir veya her iki yöntem seçin ve hesaplama işlemini çalıştırın.
4. NEP 'de yapay boşluklar oluşturarak NEP akı boşluğu doldurma ve bölümleme her iki yöntem performansları açısından elde edilen sonuçları karşılaştırın ve ne kadar tam olarak modellendi kontrol edin.
5. Her gün, aylık ve yıllık toplamları hesaplayın tüm boşluğu dolu Co₂ Cereyanlar NEP dahil, GPP, ve R_Eco, ekosistem işleyişi değişikliklerin izlenebilmektedir hangi temelinde. Bu fluxları seçilen zaman alanına ayrı olarak toplamak ve tüm değerleri toplamak için kullanıcıların kendi işlevini kullanın.
   Not: tlen ı windthrow sitesinde, yıllık toplamları, yanı sıra aylık Cereyanlar sadece net Co₂ Exchange dinamikleri değil, aynı zamanda yönetilen ormanın sonrası rahatsızlık kurtarma mekanizmaları analiz etmek için izin.

Sonuçlar

İdeal olmayan EC sitelerinde Flux filtreleme ve kalite kontrolü açısından önemli adımlardan biri de ölçülen fluxes 'in uzamsal temsillerinin değerlendirilmesi. Hesaplamalar ticari, yaygın olarak uygulanan yazılım kullanılarak yapıldı aslında verilen bu tür analiz gerçekleştirmek için en basit yolu, Rüzgar yönü ve ayak izi tahminler temelinde, yalnızca istenilen alandan ölçümleri içerecek şekilde (bkz. Bölüm 3,7). Böylece, Rüzgar arsa, seçilmiş bir rüz...

Tartışmalar

Bu protokol, ideal olmayan sitelerde (burada yeniden ormanlık bir windthrow sitesi) kullanılacak olan Eddy Kovaryans (EC) yöntemini sunar: site konumu ve ölçüm altyapısı kurulumu, net Co₂ Cereyanlar hesaplama ve post-processing, yanı sıra bazı sorunlar ile ilgili boşluğu doldurma ve bölme prosedürleri Cereyanlar.

AK tekniği dünyanın dört bir yanından birçok ölçüm bölgesinde yaygın olarak kullanılsa da, çoğu tasarım ve aşağıdaki veri işlemesinin stan...

Malzemeler

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.