Name: measurements of co2 fluxes at non-ideal eddy covariance sites
Uploaded: 2019-06-24T14:00:00
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Diese Forschung wurde durch Mittel der Generaldirektion Staatsforsten, Warschau, Polen (Projekt LAS, Nr. OR-2717/27/11) unterstützt. Wir möchten der gesamten Forschungsgruppe der Abteilung für Meteorologie, Der Universität für Biowissenschaften in Posen, Polen, unseren Dank aussprechen, die an dieser Protokollimplementierung beteiligt ist, und deren Hilfe bei der Erstellung der visuellen Version.

1. Standort- und Instrumentierungsaufbau
<ol><li>Wählen Sie einen Standort standortin in relativ homogenem und flachem Gelände, um die grundlegenden Anforderungen der EG-Methode zu erfüllen. Vermeiden Sie Orte mit komplizierten Landformen (Vertiefungen, Hänge) oder in der Nähe von aerodynamischen Hindernissen (z. B. überlebende Baumbestände), die den Luftstrom verzerren können.<ol>
<li>Überprüfen Sie die Artenzusammensetzung und die Pflanzenabdeckung. Wählen Sie einen Ort mit den ähnlichsten Eigenschaften: ...

<ol>
	<li>Baldocchi, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+fluxes+of+trace+gases+and+energy+between+ecosystems+and+the+atmosphere+-+the+state+and+future+of+the+eddy+covariance+method.">Measuring fluxes of trace gases and energy between ecosystems and the atmosphere - the state and future of the eddy covariance method.</a> Global Change Biology. 20, 3600-3609 (2014).</li><li>Aubinet, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimates+of+the+annual+net+carbon+and+water+exchange+of+European+forests:+the+EUROFLUX+methodology.">Estimates of the annual net carbon and water exchange of European forests: the EUROFLUX methodology.</a> Advances in Ecological Research. 30, 113-174 (2000).</li><li>Aubinet, M., Vesala, T., Papale, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A practical guide to measurements and Data Analysis. , (2012).</li><li>Burba, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Eddy Covariance Method for: Scientific, Industrial, Agricultural, and Regulatory Applications. A Field Book on Measuring Ecosystem Gas Exchange and Areal Emission Rates. , (2013).</li><li>Pan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Large+and+Persistent+Carbon+Sink+in+the+World&#8217;s+Forests.">A Large and Persistent Carbon Sink in the World&#8217;s Forests.</a> Science. 333, 988-993 (2011).</li><li>Wofsy, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Net+exchange+of+CO2+in+a+midlatitude+forest.">Net exchange of CO2 in a midlatitude forest.</a> Science. 260 (5112), 1314-1317 (1993).</li><li>Luyssaert, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CO2+balance+of+boreal,+temperate,+and+tropical+forests+derived+from+a+global+database.">CO2 balance of boreal, temperate, and tropical forests derived from a global database.</a> Global Change Biology. 13, 2509-2537 (2007).</li><li>Knohl, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+dioxide+exchange+of+a+Russian+boreal+forest+after+disturbance+by+wind+throw.">Carbon dioxide exchange of a Russian boreal forest after disturbance by wind throw.</a> Global Change Biology. 8, 231-246 (2002).</li><li>Lindauer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Net+ecosystem+exchange+over+a+non-cleared+wind-throw-disturbed+upland+spruce+forest-Measurements+and+simulations.">Net ecosystem exchange over a non-cleared wind-throw-disturbed upland spruce forest-Measurements and simulations.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 197, 219-234 (2014).</li><li>Schulze, E. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Productivity+of+forests+in+the+Eurosiberian+boreal+region+and+their+potential+to+act+as+a+carbon+sink+-+a+synthesis.">Productivity of forests in the Eurosiberian boreal region and their potential to act as a carbon sink - a synthesis.</a> Global Change Biology. 5, 703-722 (1999).</li><li>Mammarella, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+dioxide+and+energy+fluxes+over+a+small+boreal+lake+in+Southern+Finland.">Carbon dioxide and energy fluxes over a small boreal lake in Southern Finland.</a> Journal of Geophysical Research-Biogeosciences. 120, 1296-1314 (2015).</li><li>Vesala, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eddy+covariance+measurements+of+carbon+exchange+and+latent+and+sensible+heat+fluxes+over+a+boreal+lake+for+a+full+open+water+period.">Eddy covariance measurements of carbon exchange and latent and sensible heat fluxes over a boreal lake for a full open water period.</a> Journal of Geophysical Research-Biogeosciences. 111, 1-12 (2006).</li><li>Burba, G., Anderson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A brief practical guide to Eddy Covariance Flux Measurements. Principles and workflow examples for scientific and industrial applications. , (2010).</li><li>Businger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+accuracy+with+which+dry+deposition+could+be+measured+with+current+micrometeorological+techniques.">Evaluation of the accuracy with which dry deposition could be measured with current micrometeorological techniques.</a> Journal of Applied Meteorology and Climatology. 25, 1100-1124 (1986).</li><li>. Eddy Pro Software Instruction Manual Available from: <a target="_blank" href="https://www.licor.com/documents/1ium2zmwm6hl36yz9bu4">https://www.licor.com/documents/1ium2zmwm6hl36yz9bu4</a> (2017)</li><li>Wilczak, J. M., Oncley, S. P., Stage, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sonic+anemometer+tilt+correction+algorithms.">Sonic anemometer tilt correction algorithms.</a> Boundary-Layer Meteorology. 99, 127-150 (2001).</li><li>Foken, T., Lee, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Post-field+quality+control.">Post-field quality control.</a> Handbook of Micrometeorology: A Guide for Surface Flux Measurements. , (2004).</li><li>Kljun, N., Rotach, M. W., Schmid, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional+backward+Lagrangian+footprint+model+for+a+wide+range+of+boundary-layer+stratifications.">A three-dimensional backward Lagrangian footprint model for a wide range of boundary-layer stratifications.</a> Boundary Layer Meteorology. 103, 205-226 (2002).</li><li>Foken, T., Wichura, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tools+for+quality+assessment+of+surface-based+flux+measurements.">Tools for quality assessment of surface-based flux measurements.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 78, 83-105 (1996).</li><li>Mauder, M., Foken, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+post-field+data+processing+on+eddy+covariance+flux+estimates+and+energy+balance+closure.">Impact of post-field data processing on eddy covariance flux estimates and energy balance closure.</a> Meteorologische Zeitschrift. 15, 597-609 (2006).</li><li>Gu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Objective+threshold+determination+for+nighttime+eddy+flux+filtering.">Objective threshold determination for nighttime eddy flux filtering.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 128 (3-4), 179-197 (2005).</li><li>Papale, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+a+standardized+processing+of+Net+Ecosystem+Exchange+measured+with+eddy+covariance+technique:+algorithms+and+uncertainty+estimation.">Towards a standardized processing of Net Ecosystem Exchange measured with eddy covariance technique: algorithms and uncertainty estimation.</a> Biogeosciences. 3 (4), 571-583 (2006).</li><li>Barr, A. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interannual+variability+in+the+leaf+area+index+of+a+boreal+aspen-hazelnut+forest+in+relation+to+net+ecosystem+production.">Interannual variability in the leaf area index of a boreal aspen-hazelnut forest in relation to net ecosystem production.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 126, 237-255 (2004).</li><li>Krishnan, P., Black, T. A., Jassal, R. S., Chen, B., Nesic, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interannual+variability+of+the+carbon+balance+of+three+different-aged+Douglas-fir+stands+in+the+Pacific+Northwest.">Interannual variability of the carbon balance of three different-aged Douglas-fir stands in the Pacific Northwest.</a> Journal of Geophysical Research. 114, 1-18 (2009).</li><li>Reichstein, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+separation+of+net+ecosystem+exchange+into+assimilation+and+ecosystem+respiration:+Review+and+improved+algorithm.">On the separation of net ecosystem exchange into assimilation and ecosystem respiration: Review and improved algorithm.</a> Global Change Biology. 11, 1424-1439 (2005).</li><li>Falge, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gap+filling+strategies+for+defensible+annual+sums+of+net+ecosystem+exchange.">Gap filling strategies for defensible annual sums of net ecosystem exchange.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 107, 43-69 (2001).</li><li>Ooba, M., Hirano, T., Mogami, J. I., Hirata, R., Fujinuma, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparisons+of+gap-filling+methods+for+carbon+flux+dataset:+A+combination+of+a+genetic+algorithm+and+an+artificial+neural+network.">Comparisons of gap-filling methods for carbon flux dataset: A combination of a genetic algorithm and an artificial neural network.</a> Ecological Modelling. 198, 473-486 (2006).</li><li>Papale, D., Valentini, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+assessment+of+European+forests+carbon+exchanges+by+eddy+fluxes+and+artificial+neural+network+spatialization.">A new assessment of European forests carbon exchanges by eddy fluxes and artificial neural network spatialization.</a> Global Change Biology. 9, 525-535 (2003).</li><li>Baldocchi, D. D., Vogel, C. A., Hall, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+variation+of+carbon+dioxide+exchange+rates+above+and+below+a+boreal+jack+pine+forest.">Seasonal variation of carbon dioxide exchange rates above and below a boreal jack pine forest.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 83, 147-170 (1997).</li><li>Lloyd, J., Taylor, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Temperature+Dependence+of+Soil+Respiration.">On the Temperature Dependence of Soil Respiration.</a> Functional Ecology. 8, 315-323 (1994).</li><li>Lasslop, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+net+ecosystem+exchange+into+assimilation+and+respiration+using+a+light+response+curve+approach:+critical+issues+and+global+evaluation.">Separation of net ecosystem exchange into assimilation and respiration using a light response curve approach: critical issues and global evaluation.</a> Global Change Biology. 16, 187-208 (2010).</li><li>Kljun, N., Calanca, P., Rotach, M. W., Schmid, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+two-dimensional+parameterisation+for+Flux+Footprint+Prediction+(FFP).">A simple two-dimensional parameterisation for Flux Footprint Prediction (FFP).</a> Geoscientific Model Development. 8, 3695-3713 (2015).</li></ol>

Dieses Protokoll stellt die Wirbelkovarianz(EC)-Methode dar, die an nicht idealen Standorten (hier ein aufgeforsteter Windwurfstandort) verwendet werden soll: Standort und Messung der Infrastruktureinrichtung, Netto-CO2-Flussberechnung und Nachbearbeitung sowie einige Probleme in Bezug auf Lückenfüllung und Flusspartitionierungsverfahren.
Obwohl die EC-Technik an vielen Messstandorten auf der ganzen Welt häufig eingesetzt wird, sind die meisten von ihnen nicht gestörte Ökosyste...

Heutzutage ist die am häufigsten verwendete Technik im Atmosphären-Land-Ökosystem Kohlendioxid (CO2 ) Austauschstudien die Wirbelkovarianz (EC) Technik1. Die EG-Methode wird seit Jahrzehnten angewandt, und umfassende Beschreibungen von Fragen zu allen methodischen, technischen und praktischen Aspekten wurden bereits veröffentlicht2,3,4. Im Vergleich zu anderen Verfahren, die für ähnliche Zwecke verwendet werden, ermöglicht die EG-Methode die Gewinnung der räumlich und zeitlich gemittelten Netto-CO2-Flusse aus automatischen Punktmessungen, die den Beitrag aller Elemente in komplizierten Ökosysteme statt mühsamer manueller Messungen (z. B. Kammertechniken) oder der Anforderung, viele Proben zu entnehmen1.
Unter den Landökosystemen spielen Wälder die wichtigste Rolle beim C-Zyklus, und viele wissenschaftliche Aktivitäten haben sich auf die Untersuchung ihres CO2-Zyklus, der Kohlenstoffspeicherung in holziger Biomasse und ihrer gegenseitigen Beziehungen zu sich verändernden klimatischen Bedingungen durch sowohl die direkte Messung als auch die Modellierung5. Viele EG-Standorte, darunter einer der längsten Flussaufzeichnungen6, wurden über verschiedenen Arten von Wäldern eingerichtet7. In der Regel wurde der Standort vor Beginn der Messungen sorgfältig ausgewählt, mit dem Ziel, die homogenste und größte Fläche zu haben. Obwohl in gestörten Waldgebieten wie Windwurf die Zahl der EG-Messstationen immer noch unzureichend ist8,9,10. Ein Grund sind logistische Schwierigkeiten bei der Einrichtung von Standorten und vor allem eine kleine Anzahl plötzlich auftauchender Standorte. Um die informativsten Ergebnisse an Denwindschutzscheibenbereichen zu erhalten, ist es wichtig, so schnell wie möglich nach einem solchen Nebenereignis zu beginnen, was zusätzliche Probleme verursachen kann. Im Gegensatz zu unberührten Waldgebieten sind die EG-Messungen an Windwurfstandorten anspruchsvoller und können von bereits etablierten Verfahren abweichen3. Da einige extreme Windphänomene räumlich begrenzte Flächen schaffen, bedarf es einer durchdachten Messstationsposition und einer sorgfältigen Datenverarbeitung, um möglichst viele zuverlässige Flusswerte abzuleiten. Ähnliche Schwierigkeiten bei der Anwendung der EG-Methode traten auf (z. B. Finish-Studien, die über einem langen, aber schmalen See durchgeführt wurden), wobei gemessene CO2-Flüsse eine strenge Datenfilterung erforderten11,12, um ihre räumliche Repräsentativität.
Daher ist das vorgestellte Protokoll ein Beispiel für die Anwendung der EG-Methode an untypischen Orten, die nicht nur für Windwurfgebiete, sondern für alle anderen Arten von kurziger Vegetation mit der begrenzten Fläche (z. B. Ackerflächen zwischen höheren Vegetationsarten) ausgelegt ist. Der größte Vorteil der vorgeschlagenen Methodik ist eine allgemeine Beschreibung komplizierter Verfahren, die fortgeschrittene Kenntnisse erfordern, von der Standortwahl und Instrumentierung bis zum Endergebnis: ein vollständiger Datensatz mit hochwertigem CO2 Flussmittel. Die technische Neuheit des Messprotokolls ist die Verwendung einer einzigartigen Grundkonstruktion für die EC-Systemplatzierung (z.B. Stativ mit einer definierten Höhe, ein "Mini-Turm" mit verstellbarem, elektrisch betriebenem Mast, der eine Änderung der Endhöhe Sensoren nach individuellen Bedürfnissen).

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Adjustable mast with metal rails and electric engine (24 V)</td>
			<td>maszty.net</td>
			<td>-</td>
			<td>Alternative basic construction. To be designed and made by professionals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EddyPro</td>
			<td>LI-COR, Inc.</td>
			<td>ver. 6.2.0.</td>
			<td>Free commercial software for fluxes calculation. Available on a website: https://www.licor.com/env/products/eddy_covariance/software.html, on request</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enclosed-path infrared gas analyzer</td>
			<td>LI-COR, Inc.</td>
			<td>LI-7200</td>
			<td>One of two instruments of the eddy covariance system (EC) used for CO2 fluxes measurements. Other types of fast analyzers (&#62;10Hz sampling frequency) can be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>REddyProc</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Short aluminum tower base with concrete foundation</td>
			<td>maszty.net</td>
			<td>-</td>
			<td>Alternative basic construction (pioneering solution). To be designed and made by professionals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonic anemometer</td>
			<td>Gill Instruments</td>
			<td>Gill Windmaster</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless-steel tripod</td>
			<td>Campbel Scientific, Inc.</td>
			<td>CM110 10 ft</td>
			<td>The basic construction for eddy covariance (EC) system. Can be constructed by yourself- materials to be found in a hardware store</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sunshine sensor</td>
			<td>Delta-T Devices Ltd.</td>
			<td>BF5</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermistors</td>
			<td>Campbel Scientific, Inc.</td>
			<td>T107</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermohygrometer</td>
			<td>Vaisala Oyj</td>
			<td>HMP155</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurements of co2 fluxes at non-ideal eddy covariance sites

Dieses Protokoll ist ein Beispiel für die Verwendung der Wirbelkovarianz (EC)-Technik zur Untersuchung räumlich und zeitlich gemittelter Netto-CO2-Flüsse (Netto-Ökosystemproduktion, NEP) in untypischen Ökosystemen auf einem derzeit wiederaufgeforsteten Windwurfgebiet in Polen. Nach einem Tornado-Ereignis entstand in erhaltenen Waldbeständen ein relativ schmaler "Korridor", der solche Experimente erschwert. Die Anwendung anderer Messtechniken, wie z.B. der Kammermethode, ist unter diesen Umständen noch schwieriger, da gerade am Anfang umgestürzte Bäume und im Allgemeinen eine große Heterogenität des Geländes eine herausfordernde Plattform bieten, um Flussmessungen und dann die erzielten Ergebnisse richtig zu skalieren. Im Vergleich zu eg-Standardmessungen in unberührten Wäldern ist bei Windwurfgebieten bei der Standortlage und Datenanalyse besondere Beachtung zu finden, um deren Repräsentativität zu gewährleisten. Daher stellen wir hier ein Protokoll von Echtzeit-, kontinuierlichen CO2-Flussmessungen an einem sich dynamisch verändernden, nicht idealen EC-Standort vor, das (1) Standort- und Instrumentierungsaufbau, (2) Flussberechnung, (3) strenge Datenfilterung und Qualitätskontrolle und (4) Spaltfüllung und Netzflussteilung in CO2-Atmung und -Absorption. Der Hauptvorteil der beschriebenen Methodik besteht darin, dass sie eine detaillierte Beschreibung des Versuchsaufbaus und der Messleistung von Grund auf bietet, die auf andere räumlich begrenzte Ökosysteme angewendet werden kann. Es kann auch als eine Liste von Empfehlungen für den Umgang mit unkonventionellen Website-Betrieb betrachtet werden, eine Beschreibung für Nicht-Spezialisten. Erhaltene qualitätsgeprüfte, lückengefüllte Halbstundenwertevon NettoCO2 sowie Absorptions- und Atmungsflüsse können schließlich zu Tages-, Monats-, Saison- oder Jahresgesamtwerten aggregiert werden.

Einer der entscheidenden Schritte bei der Flussfilterung und Qualitätskontrolle an nicht idealen EG-Standorten ist die Bewertung der räumlichen Repräsentativität der gemessenen Flussmittel. Angesichts der Tatsache, dass Berechnungen mit kommerzieller, weit verbreiteter Software durchgeführt wurden, ist es am einfachsten, Messungen aus dem gewünschten Gebiet nur auf der Grundlage von Windrichtungs- und Fußabdruckschätzungen einzubeziehen (siehe Abschnitt 3.7). So wird das Windrosen...

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Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

Das vorgestellte Protokoll verwendet die Wirbelkovarianzmethode an untypischen Orten, die für alle Arten von Kurzbaumökosystemen mit begrenzter Fläche auf einer derzeit aufgeforsteten Windkraftanlage in Polen anwendbar ist. Details zu den Regeln für die Standorteinrichtung, Flussrechnungen und Qualitätskontrolle sowie zur Endergebnisanalyse werden beschrieben.

Messungen von CO2-Flüssen an nicht-idealen Eddy-Kovarianzstellen

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem ...

Das Protokoll ist eine schrittweise Beschreibung des Aufbaus der Wirbelkovarianz-Site und der Messung der Leistung von Grund auf, die erfolgreich in räumlich begrenzten Ökosystemen angewendet werden kann. Wir glauben, dass das Protokoll es einfacher macht, zu erkennen, dass jedoch strenge Anforderungen erfüllt werden müssen. Die Kovarianztechnik kann auch an nicht idealen Orten zufriedenstellend angewendet werden.Sobald es in visueller Form präsentiert wird, kann das Protokoll als erste und relativ einfache Wahl für Nicht-Spezialisten verwendet werden, die gezwungen oder willens sind, die Wirbelkovarianztechnik zu verwenden. Zunächst wählen Sie auf einer Höhenkarte einen Standortstandort in relativ homogenem und flachem Gelände aus, um den grundlegenden Anforderungen der EG-Methode gerecht zu werden. Wählen Sie einen Ort ohne Hindernisse aus, und stellen Sie sicher, dass sich der zu untersuchende Bereich in jede Richtung mindestens 100-mal so hoch wie der zu setzende Sensor erstreckt.Verwenden Sie an der Stelle ein Anemometer, um ein Jahr lang die vorherrschenden Windrichtungen zu untersuchen oder Daten der nächstgelegenen Wetterstation zu analysieren. Entscheiden Sie, welches EC-System verwendet werden soll. Öffnen Sie den Pfad-Infrarotgasanalysator mit geringerem Stromverbrauch oder einen geschlossenen Pfadanalysator mit einem kurzen Ansaugrohr, wenn es keine Einschränkungen bei der Stromversorgung gibt oder wenn in rauen Umgebungen.Legen Sie an der Stelle ein Stativ mit einem vertikalen Pol auf, um das EC-System oben zu montieren. Positionieren Sie den Infrarot-Gasanalysator und das 3D-Schallanemometer nahe beieinander. Platzieren Sie das Klanganemometer an einer perfekt vertikalen Position.Neigen Sie den Gasanalysator leicht, damit Regenwasser leicht abläuft. Heben Sie die Instrumente auf eine Höhe doppelt so hoch wie die Baldachinhöhe von der Bodenoberfläche und mindestens eineinhalb bis zwei Meter über der Spitze des Vordachs. Vermeiden Sie die Montage unnötiger Elemente in der Nähe des EC-Systems, die den Luftstrom verzerren können.Für weitere Berechnungen und Flussanalysen messen Sie einige Hilfsvariablen gleichzeitig, einschließlich mindestens Luft- und Bodentemperatur, relative Luftfeuchte, photosynthetische Photonenflussdichte, eintreffende Sonneneinstrahlung und Niederschlag. Um den Kohlendioxidfluss zu berechnen, verwenden Sie die handelsübliche freie Software EddyPro, die Korrekturanwendungen für die Berechnung von EC-Flussen enthält. Erstellen Sie zunächst ein neues Projekt, und geben Sie dann auf der Registerkarte Projektinfo das Rohdatendateiformat an, und wählen Sie eine Metadatendatei aus.Wechseln Sie zur Registerkarte Flussinformationen, wählen Sie das Dataset und die Ausgabeverzeichnisse aus, geben Sie das Format des Rohdateinamens an, und überprüfen Sie die Liste der Elemente für die Flussberechnung. Wechseln Sie dann zur Registerkarte Verarbeitungsoptionen, und wählen Sie die Einstellungen für die Rohdatenverarbeitung aus. Wählen Sie die Rotationsmethode zur Korrektur der Messungen des Anemometers, die es ermöglicht, jede Fehlausrichtung des Schallanemometers in Bezug auf die lokale Windstromlinie zu berücksichtigen.Markieren Sie den ersten planaren Fit-Ansatz für heterogene Standorte, die nicht mit dem Deal zu finden sind. Wählen Sie die Typs 012 der Flagging-Richtlinie aus. Wählen Sie die bevorzugte Footprint-Methode für den Einflussbereich auf gemessene Flussmittel aus.Lassen Sie alle anderen Einstellungen unverändert. Klicken Sie im erweiterten Modus auf Ausführen, um flussflussberechnungen am Ende zu starten. Erstellen Sie eine Kalkulationstabelle, die die Ergebnisse der Flussdatenberechnungssoftware und Hilfsmessungen enthält.Verwenden Sie Filterwerkzeuge in der Kalkulationstabelle, um Kohlendioxidflüsse herauszufiltern, die bei ungünstigen Wetterbedingungen und Instrumentenstörungen gemessen werden. Überprüfen Sie für einen geschlossenen Pfadanalysator den durchschnittlichen Signalstärkewert. Markieren und verwerfen Sie dann alle Flussmittel, die mit ASS gemessen werden, die unter dem im Handbuch des Instruments vorgeschlagenen Schwellenwert von 60 % liegen.Entsorgen Sie die bei Regenereignissen gemessenen Flussmittel mit P größer oder gleich 0,1 Millimetern. Um unangemessene Bedingungen für die Anwendung der Wirbelkovarianzmethode zu berücksichtigen, verwerfen Sie die Flussdaten mit schlechter Qualität, wobei die Kohlendioxidwerte größer als eins in der gemeinsamen Ergebnisdatei sind. Verwenden Sie die Nachtzeitanzeige, tagsüber gleich Null, die in der Ausgabedatei angegeben ist, um die in der Nacht gemessenen Kohlendioxidflusswerte herauszufiltern.Zeichnen Sie die nächtlichen Kohlendioxidflüsse gegen die entsprechenden Reibungsgeschwindigkeitswerte und finden Sie den U-Stern-Wert, bei dem diese Ströme nicht mehr zunahmen. Markieren Sie den erhaltenen Wert als Reibungsgeschwindigkeitsschwelle, der als Maß für unzureichende Turbulenzbedingungen verwendet werden soll. Entsorgen Sie alle Kohlendioxidflüsse mit einem U-Stern-Wert, der unter dem Schwellenwert liegt, was auf unzureichende Turbulenzen hindeutet.Nun, Plot der Wind stieg auf der Karte der untersuchten Fläche für Fluss räumliche Repräsentativität Einschränkungen. Nach der Schätzung der kreuzwindintegrierten Fußabdrücke wählen Sie 70% als Wahrscheinlichkeit für räumlich begrenzte Standorte, die für weitere Analysen verwendet werden. Als nächstes orientieren Sie eine Karte und ein Wind stieg auf die gleiche Weise und mit Nordrichtung als Indikator, überprüfen Sie, ob eine Richtung im Bereich des Interesses Hindernisse hat, zum Beispiel, andere Arten von Ökosystemen, und markieren Sie sie als nicht repräsentativ.Wählen Sie die Windrichtungssektoren und die Footprint-Werte aus, die am repräsentativsten für den Messort sind, überprüfen Sie die Dimension, und geben Sie die maximale Länge an. Filtern Sie Flusswertwerte heraus, die beide Anforderungen nicht erfüllen. Um die Lückenfüllung für Kohlendioxiddaten durchzuführen, wählen Sie die Methode für die qualitätsgeprüfte Füllung und Aufteilung der Kohlendioxidflusslücke in Absorption und Atmung aus drei grundlegenden Gruppen: prozessbasierter Ansatz, statistische Methoden und die Verwendung neuronaler Netze.Der schwächste Punkt des Protokolls ist die Lückenfüllung und Flusspartitionierung Beschreibung, da vorgeschlagene Methoden wurden individuell von anderen Spezialisten entwickelt und nur hier als vorgeschlagene Techniken implementiert. Ein Beispiel für den prozessbasierten Ansatz ist das FLUXNET Canada Research Network. Um die Lücken nicht nur im Kohlendioxid, sondern auch in anderen EasyFlux-Werten, wie sinnvoller und latenter Wärme, sowie in den wichtigen meteorologischen Elementen zu füllen, nutzen Sie das Online-Tool REddyProc, das auch als R-Softwarepaket erhältlich ist.Als nächstes berechnen Sie beispielsweise in der R-Software die Tages-, Monats- und Jahressummen aller lückengefüllten Kohlendioxidflüsse, einschließlich der Netto-Ökosystemproduktion, der Bruttoökosystemproduktion und der Ökosystematmung. Das Windrosendiagramm auf dem Hintergrund des Standortgebiets TLEN 1 zeigt die blau schattierten Polygone für die gewählte Windrichtung und die rot schattierten Polygone in ihnen als Sektoren eines Kreises mit einem Radius von 200 Metern, was eine maximal akzeptable Ausdehnung der Flussfußabdrücke darstellt. Diese Abbildung zeigt die Ergebnisse eines Filterverfahrens am Beispiel eines Jahres der Nettoökosystem-Produktionsflussmessungen von der Windwurfstelle TLEN 1.Die kleinste Anzahl von Datenpunkten wurde aufgrund ungünstiger Wetterbedingungen und Gerätestörungen verworfen. Während der letzte Teil des Qualitätssicherungsprotokolls unter Berücksichtigung der Beschränkungen der räumlichen Repräsentativität des Flusses zu einer endgültigen Datenabdeckung von nur 1/3 aller von der EG gemessenen Rohnetzökosystem-Produktionsflüsse führte. Die Beziehung zwischen Netto-Ökosystemproduktionsflüssen, der für die prozessbasierte Methode gefüllten Lücke und einem statistischen Ansatz zeigt eine einfache lineare Regression, was darauf hindeutet, dass beide Techniken im Allgemeinen vergleichbar sind und daher für die Lückenfüllung der Nettoökosystemproduktion verwendet werden können. Durch die Verwendung der beiden Methoden wurden auch die täglichen Atmungsflusssummen des Ökosystems aus dem Partitionierungsverfahren ermittelt.Es sei daran erinnert, dass einer der entscheidenden Schritte bei der Datenfilterung und Qualitätskontrolle an nicht idealen Standorten die Bewertung der räumlichen Repräsentativität gemessener Flussmittel ist.

Research

JoVE Journal

Environment

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

Multimodal Optical Microscopy Methods Reveal Polyp Tissue Morphology and Structure in Caribbean Reef Building Corals

Multimodale Optische Mikroskopie Methoden Reveal Polyp Gewebemorphologie und Struktur in der Karibik Korallen-Riff-Gebäude

An integrated suite of imaging techniques has been applied to determine the three-dimensional (3D) morphology and cellular structure of polyp tissues ...

Forschung

Umwelt

Measuring Fluxes of Mineral Nutrients and Toxicants in Plants with Radioactive Tracers

Mess Flüsse von Mineralstoffen und Giftstoffe in Pflanzen, die mit radioaktiver Tracer

Unidirectional influx and efflux of nutrients and toxicants, and their resultant net fluxes, are central to the nutrition and toxicology of plants. ...

Physical, Chemical and Biological Characterization of Six Biochars Produced for the Remediation of Contaminated Sites

Physikalische, chemische und biologische Charakterisierung von Six Biokohlen Produziert für die Sanierung von Altlasten

The physical and chemical properties of biochar vary based on feedstock sources and production conditions, making it possible to engineer biochars with ...

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

Ein CO<sub&gt; 2</sub&gt; Konzentration Gradient Facility for Testing CO<sub&gt; 2</sub&gt; Enrichment und Boden Auswirkungen auf Grünland-Ökosystemen Funktion

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most ...

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

Messen auf Kohlenstoffbasis Contaminant Mineralisation mit kombinierten CO<sub&gt; 2</sub&gt; Flux und Radiokarbon-Analysen

A method is described which uses the absence of radiocarbon in industrial chemicals and fuels made from petroleum feedstocks which frequently contaminate ...

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Kalibrierte Passive Sampling - Multi-Plot Feldmessungen von NH<sub&gt; 3</sub&gt; Emissionen mit einer Kombination von Dynamic Tube-Methode und Passive Samplers

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% ...

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

Messung der Rheologie des Rohöls im Gleichgewicht mit CO<sub&gt; 2</sub&gt; Bei Vorratsbedingungen

A rheometer system to measure the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide (CO2) at high temperatures and pressures is described. The ...

Adherence of Bacteria to Plant Surfaces Measured in the Laboratory

Einhaltung von Bakterien auf Flächen, die im Labor ermittelten Pflanzen

This manuscript describes a method to measure bacterial binding to axenic plant surfaces in the light microscope and through the use of viable cell ...

Assessment of Methane and Nitrous Oxide Fluxes from Paddy Field by Means of Static Closed Chambers Maintaining Plants Within Headspace

Bewertung von Methan und Lachgas Wärmeflüsse vom Reisfeld mittels statischer geschlossen Kammern, die Pflege der Pflanzen im Gasraum

This protocol describes the measurement of greenhouse gas (GHG) emissions from paddy soils using the static closed chamber technique. This method is based ...

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize (Zea mays L.)

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize Zea mays L.

Hochdurchsatz-Microscale Protokoll für die Analyse der Verarbeitungsparameter und ernährungsphysiologischen Eigenschaften in Mais (Zea Mays L.)

Maize is an important grain crop in the United States and worldwide. However, maize grain must be processed prior to human consumption. Furthermore, whole ...