Name: 非理想涡流位点的 CO2通量测量 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-06-24T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 5 s
Description: 学习涡度相关法在非理想风灾迹地测量二氧化碳通量的完整操作流程。本方案详细指导短冠层生态系统的站点设置、通量计算与质量控制，帮助研究人员在有限空间内获取可靠的大气-生态系统交换数据。

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本研究得到了波兰华沙国家森林局（项目LAS，编号OR-2717/27/11）的资助。我们谨向波兰波兹南生命科学大学气象系参与本实验方案实施并在制作其可视化版本过程中提供帮助的全体研究人员表示感谢。

<ol><li>Baldocchi, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+fluxes+of+trace+gases+and+energy+between+ecosystems+and+the+atmosphere+-+the+state+and+future+of+the+eddy+covariance+method%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Estimates+of+the+annual+net+carbon+and+water+exchange+of+European+forests%3A+the+EUROFLUX+methodology%5BTitle%5D)+AND+%22Advances+in+Ecological+Research%22%5BJournal%5D)">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>
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<li>Burba, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBurba%2C+G+%22Eddy+Covariance+Method+for%3A+Scientific%2C+Industrial%2C+Agricultural%2C+and+Regulatory+Applications.+A+Field+Book+on+Measuring+Ecosystem+Gas+Exchange+and+Areal+Emission+Rates%22">Eddy Covariance Method for: Scientific, Industrial, Agricultural, and Regulatory Applications. A Field Book on Measuring Ecosystem Gas Exchange and Areal Emission Rates</a>. , LI-COR Bioscienses. Lincoln, Nebraska. (2013).</li>
<li>Pan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Large+and+Persistent+Carbon+Sink+in+the+World%E2%80%99s+Forests%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A Large and Persistent Carbon Sink in the World’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/pubmed?term=((Net+exchange+of+CO2+in+a+midlatitude+forest%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((CO2+balance+of+boreal%2C+temperate%2C+and+tropical+forests+derived+from+a+global+database%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Carbon+dioxide+exchange+of+a+Russian+boreal+forest+after+disturbance+by+wind+throw%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Net+ecosystem+exchange+over+a+non-cleared+wind-throw-disturbed+upland+spruce+forest-Measurements+and+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Productivity+of+forests+in+the+Eurosiberian+boreal+region+and+their+potential+to+act+as+a+carbon+sink+-+a+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Carbon+dioxide+and+energy+fluxes+over+a+small+boreal+lake+in+Southern+Finland%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research-Biogeosciences%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Eddy+covariance+measurements+of+carbon+exchange+and+latent+and+sensible+heat+fluxes+over+a+boreal+lake+for+a+full+open+water+period%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research-Biogeosciences%22%5BJournal%5D)">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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBurba%2C+G+%22A+brief+practical+guide+to+Eddy+Covariance+Flux+Measurements.+Principles+and+workflow+examples+for+scientific+and+industrial+applications%22">A brief practical guide to Eddy Covariance Flux Measurements. Principles and workflow examples for scientific and industrial applications</a>. , LI-COR Biosciences. Lincoln, Nebraska. (2010).</li>
<li>Businger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+the+accuracy+with+which+dry+deposition+could+be+measured+with+current+micrometeorological+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Meteorology+and+Climatology%22%5BJournal%5D)">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. , LI-COR Biosciences. Lincoln, Nebraska. Available from:
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<li>Wilczak, J. M., Oncley, S. P., Stage, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonic+anemometer+tilt+correction+algorithms%5BTitle%5D)+AND+%22Boundary-Layer+Meteorology%22%5BJournal%5D)">Sonic anemometer tilt correction algorithms.</a> Boundary-Layer Meteorology. 99, 127-150 (2001).</li>
<li>Foken, T., et al. Post-field quality control. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFoken%2C+T+%22Handbook+of+Micrometeorology%3A+A+Guide+for+Surface+Flux+Measurements%22">Handbook of Micrometeorology: A Guide for Surface Flux Measurements</a>. Lee, X. , Kluwer Academic. Dordrecht. (2004).</li>
<li>Kljun, N., Rotach, M. W., Schmid, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+three-dimensional+backward+Lagrangian+footprint+model+for+a+wide+range+of+boundary-layer+stratifications%5BTitle%5D)+AND+%22Boundary+Layer+Meteorology%22%5BJournal%5D)">A three-dimensional backward Lagrangian footprint model for a wide range of boundary-layer stratifications.</a> Boundary Layer Meteorology. 103, 205-226 (2002).</li>
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<li>Mauder, M., Foken, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+post-field+data+processing+on+eddy+covariance+flux+estimates+and+energy+balance+closure%5BTitle%5D)+AND+%22Meteorologische+Zeitschrift%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Objective+threshold+determination+for+nighttime+eddy+flux+filtering%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Towards+a+standardized+processing+of+Net+Ecosystem+Exchange+measured+with+eddy+covariance+technique%3A+algorithms+and+uncertainty+estimation%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeosciences%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Interannual+variability+in+the+leaf+area+index+of+a+boreal+aspen-hazelnut+forest+in+relation+to+net+ecosystem+production%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Interannual+variability+of+the+carbon+balance+of+three+different-aged+Douglas-fir+stands+in+the+Pacific+Northwest%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((On+the+separation+of+net+ecosystem+exchange+into+assimilation+and+ecosystem+respiration%3A+Review+and+improved+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Gap+filling+strategies+for+defensible+annual+sums+of+net+ecosystem+exchange%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Comparisons+of+gap-filling+methods+for+carbon+flux+dataset%3A+A+combination+of+a+genetic+algorithm+and+an+artificial+neural+network%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Modelling%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+new+assessment+of+European+forests+carbon+exchanges+by+eddy+fluxes+and+artificial+neural+network+spatialization%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Seasonal+variation+of+carbon+dioxide+exchange+rates+above+and+below+a+boreal+jack+pine+forest%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((On+the+Temperature+Dependence+of+Soil+Respiration%5BTitle%5D)+AND+%22Functional+Ecology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Separation+of+net+ecosystem+exchange+into+assimilation+and+respiration+using+a+light+response+curve+approach%3A+critical+issues+and+global+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+simple+two-dimensional+parameterisation+for+Flux+Footprint+Prediction+%28FFP%29%5BTitle%5D)+AND+%22Geoscientific+Model+Development%22%5BJournal%5D)">A simple two-dimensional parameterisation for Flux Footprint Prediction (FFP).</a> Geoscientific Model Development. 8, 3695-3713 (2015).</li>
</ol>

作者希望指出，本方案主要是对已知且广泛描述的关于涡度协方差（EC）测量问题的简化。在需要时，已提供所有必要的参考文献。我们的主要目的是向非专业人员推广该方法的应用，以及我们新开发的、独特的、可调节的电动EC测量桅杆，并采用逐步指导的方式进行介绍。我们希望这能更便于人们理解并认识到，尽管EC技术需要满足严格的要求，但它同样可以有效地应用于非典型且空间受限的生态系统中。鉴于目前关于EC理论与方法的文献已相当丰富，本方案或许也能激励读者进一步深入学习这一领域的知识。

本方案介绍了在非理想地点（此处为一处重新造林的风倒区）应用的涡度协方差（EC）方法：包括站点位置与测量基础设施的布设、净CO2通量的计算与后处理，以及有关数据缺口填补和通量分割方法的一些问题。
尽管涡度协方差（EC）技术在全球许多观测站点被广泛使用，但大多数站点位于未受干扰的生态系统中，其设计和后续数据处理可依据标准方案进行（例如FLUXNET或ICOS网络协议）。然而，在风倒木区等条件复杂且空间常受限制的区域，此类实验需特别谨慎地规划与实施。此外，对于动态演替中的生态系统，长期观测可能需要在未来随着植被的生长和发育而调整EC系统的安装高度。因此，我们建议采用一种独特的基础结构——一种配备电动可伸缩桅杆的创新“微型塔”。该技术方案能够满足该方法本身的基本要求之一：将EC系统置于混合边界层中，而无需重建结构或拆卸仪器，从而避免在本已有限的数据集中造成进一步的数据丢失。此外，电动可移动桅杆也大大方便了现场传感器的维护工作（例如，当需要清洁分析仪的光学路径时，可将整个EC系统降至所需且便于操作的高度）。然而必须指出，提高仪器安装高度将导致影响区域（通量足迹）范围的扩...

目前，大气-陆地生态系统二氧化碳（CO2）交换研究中最常用的技术是涡动协方差（eddy covariance, EC）技术1。EC 方法已应用数十年，有关其方法学、技术和实际操作等各方面问题的全面论述已有大量发表2,3,4。与其他用于类似目的的技术相比，EC 方法能够通过自动化的点位测量，获得具有空间和时间平均意义的净 CO2 通量，该方法综合考虑了复杂生态系统中所有组分的贡献，而无需依赖费时费力的人工测量（例如，箱式法）或大量采样工作1。
在陆地生态系统中，森林在碳循环中发挥着最重要的作用，许多科学研究活动都致力于探究其二氧化碳2 碳循环、木本生物质中的碳储存及其与气候变化条件之间相互关系的直接测量或模型研究5许多通量观测站，包括一个拥有最长通量记录的站点6，设置在不同类型的森林上方7通常在测量开始前会仔细选择观测点位置，以尽可能选取最均一且面积最大的区域。然而，在受干扰的森林区域（如风倒区），涡度协方差测量站点的数量仍然不足8,9,10一个原因是测量样地布设存在后勤上的困难，尤其是突发性出现的样地数量较少。为了在风倒区获得最具信息量的结果，必须在这一偶然事件发生后尽快开始测量，而这可能会带来额外的问题。与未受干扰的森林样地相比，风倒区的涡度协方差（EC）测量更具挑战性，且可能偏离已建立的标准操作流程。3由于某些极端风现象会形成空间上受限的区域，因此需要审慎选择观测站位置并仔细处理数据，以尽可能获得可靠的通量值。在应用涡动协方差法时已出现类似困难（例如，在一个狭长湖泊上方进行的芬兰研究），其中测得的CO₂2 通量测定需要严格的数据筛选11,12 以确保其空间代表性。
因此，本方案展示了涡度协方差法在非典型区域的应用实例，不仅适用于风倒区，也适用于其他各类面积有限的低矮植被类型（例如位于高大植被类型之间的农田）。该方法学的最大优势在于对一系列复杂操作流程提供了全面描述，这些流程从选址、仪器安装到最终获得高质量二氧化碳通量完整数据集，均需要专业知识。2 通量。测量方案的技术新颖之处在于采用了一种独特的基础结构来安置涡度协方差（EC）系统（例如，具有确定高度的三脚架，构成一个带可调节电动桅杆的“微型塔”，可根据个体需求改变传感器的最终安装高度）。

<table><tbody><tr><td>带金属导轨和电动机（24 V）的可调节桅杆</td><td>maszty.net</td><td>-</td><td>替代性基础结构。需由专业人员设计和制作</td></tr><tr><td>EddyPro</td><td>LI-COR, Inc.</td><td>ver. 6.2.0.</td><td>用于通量计算的免费商业软件。可通过网站 https://www.licor.com/env/products/eddy_covariance/software.html 申请获取</td></tr><tr><td>封闭式红外气体分析仪</td><td>LI-COR, Inc.</td><td>LI-7200</td><td>涡动协方差系统（EC）中用于测量 CO2 通量的两种仪器之一。也可使用其他类型的快速分析仪（&gt;10 Hz 采样频率）</td></tr><tr><td>REddyProc</td><td>-</td><td>-</td><td>用于涡动协方差通量数据填补和分割的免费软件。可在马克斯·普朗克生物地球化学研究所获取：https://www.bgc-jena.mpg.de/bgi/index.php/Services/REddyProcWeb。提供在线工具和 &lt;em&gt;R&lt;/em&gt; 软件包</td></tr><tr><td>带混凝土基础的短铝塔底座</td><td>maszty.net</td><td>-</td><td>替代性基础结构（创新性方案）。需由专业人员设计和制作</td></tr><tr><td>超声风速仪</td><td>Gill Instruments</td><td>Gill Windmaster</td><td>涡动协方差系统（EC）中用于风速测量的两种仪器之一。也可使用其他类型的三维超声风速仪</td></tr><tr><td>不锈钢三脚架</td><td>Campbel Scientific, Inc.</td><td>CM110 10 ft</td><td>涡动协方差（EC）系统的基本结构。可自行搭建——材料可在五金店获取</td></tr><tr><td>日照传感器</td><td>Delta-T Devices Ltd.</td><td>BF5</td><td>用于光合光子通量密度（PPFD）测量的代表性仪器之一。可从多家商业公司购买。请注意将其安装在冠层上方，远离反光表面</td></tr><tr><td>热敏电阻</td><td>Campbel Scientific, Inc.</td><td>T107</td><td>用于土壤温度测量的代表性仪器之一。可从多家商业公司购买。建议建立土壤温度剖面</td></tr><tr><td>温湿度计</td><td>Vaisala Oyj</td><td>HMP155</td><td>用于空气温度和湿度测量的代表性仪器之一。可从多家商业公司购买。请注意将其置于辐射防护罩内，安装高度应与涡动协方差系统相近</td></tr></tbody></table>

非理想涡动协方差站点的 co2 通量测量

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

本方案示例了在波兰一处正在重新造林的风倒区——一种非典型生态系统中，利用涡度协方差（EC）技术研究空间和时间上平均的净CO2通量（即净生态系统生产力，NEP）。在龙卷风事件之后，幸存林分内部形成了一条相对狭窄的“走廊”，这使得此类实验的开展变得复杂。在该环境下，应用其他测量技术（如箱式法）更为困难，尤其是在初期，倒伏的树木以及整体上极高的地表异质性，为通量测量的实施以及后续结果的合理升尺度带来了挑战。与在未受干扰森林中进行的标准EC测量相比，风倒区的测量在站点选址和数据分析方面需要特别考虑，以确保数据的代表性。因此，本文提供了一套针对动态变化、非理想EC站点的实时连续CO2通量测量方案，内容包括：（1）站点选址与仪器布设，（2）通量计算，（3）严格的数据筛选与质量控制，以及（4）数据空缺填补和将净通量分解为CO2呼吸与吸收通量。该方法的主要优势在于，从零开始详细描述了实验设置与测量过程，可适用于其他空间受限的生态系统。此外，该方案也可作为处理非常规站点操作的一系列建议，为非专业人员提供清晰的操作说明。最终，经过质量控制和空缺填补后的半小时净CO2通量数据，以及吸收和呼吸通量数据，可进一步整合为日、月、季节或年度总量。

在非理想涡动相关（EC）站点进行通量筛选和质量控制的关键步骤之一，是评估所测通量的空间代表性。鉴于计算是使用商业化的、广泛应用的软件完成的，执行此类分析最简单的方法是根据风向和足迹范围估算结果（见第3.7节），仅纳入目标区域的测量数据。因此，此处展示了结合卫星影像的风向玫瑰图，图中以阴影多边形标示了选定的风向范围及通量足迹的最大可接受扩展范围，用以直观呈现分析结果（图1）。
原则上，涡动协方差系统通过测量风速和痕量气体浓度，进而计算净 CO2 交换通量（NEP）。原始通量数据随后需要经过后期处理，以剔除误差和低质量数据。图2 展示了对 Tlen I 风倒区站点一年的 NEP 通量测量数据进行筛选处理的结果。
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-p...

本方案在非典型地点应用涡度协方差法，适用于波兰一处正在重新造林的风倒区，该方法可推广至所有面积有限的短冠层生态系统。文中详细描述了观测站点的布设规则、通量计算与质量控制方法，以及最终结果的分析过程。

非理想涡动协方差站点的 CO2 通量测量

本方案示例了如何利用涡度协方差（EC）技术研究空间和时间上平均的净CO2通量（净生态系统...

本方案从零开始逐步描述了涡度协方差站点的布设及测量操作，可成功应用于空间受限的生态系统。我们相信该方案有助于更便捷地实现测量，但仍需满足严格的要求。即使在非理想地点，涡度协方差技术也能得到令人满意的运用。一旦以可视化形式呈现，该方案即可作为非专业人员使用涡度协方差技术时的首选，且相对简便易行。首先，在高程图上选择一个位于相对均质和平坦地形中的测量点位，以满足涡度协方差法的基本要求。应选择无任何障碍物的位置，并确保待研究区域在各个方向上的延伸距离至少为拟安装传感器高度的100倍。在现场，使用风速计调查一年内的主导风向，或分析最近气象站的数据。确定要使用的涡动相关（EC）系统。如果电源供应无限制或处于恶劣环境，可选择功耗较低的开放式路径红外气体分析仪，或使用带有短进气管的闭路分析仪。在现场，架设带有垂直立杆的三脚架，用于安装涡动协方差（EC）系统。将红外气体分析仪与三维超声风速仪放置在彼此靠近的位置，并将超声风速仪置于完全垂直的位置。略微倾斜气体分析仪，以便雨水能够顺利流下。将仪器架设在距离地面高度为冠层高度两倍的位置，且至少高于冠层顶端1.5至2米。避免在涡动协方差（EC）系统附近安装任何不必要的部件，以免干扰气流。为了进行进一步的计算和通量分析，需同时测量一些辅助变量，至少包括空气和土壤温度、空气相对湿度、光合光子通量密度、入射太阳辐射以及降水。为计算二氧化碳通量，可使用 commercially available 的免费软件 EddyPro，该软件包含用于涡动协方差（EC）通量计算的校正程序。首先，创建一个新项目，然后在项目信息选项卡中指定原始数据文件格式，并选择一个元数据文件。转到通量信息选项卡，选择数据集和输出目录，指定原始文件名格式，并核对用于通量计算的项目列表。然后进入处理选项选项卡，选择原始数据处理设置。选择用于校正风速计测量值的旋转方法，该方法可校正超声风速计相对于当地风流线的任何未对准情况。对于非均匀的非理想地点，选择第一种平面拟合方法。选择012类型的标记策略。为影响测量通量的源区选择首选的足迹方法。保持所有其他设置不变。最后点击以高级模式运行，以开始通量计算。创建一个电子表格，用于包含通量计算软件的结果及辅助测量数据。使用电子表格中的筛选工具，滤除在不利天气条件或仪器故障期间测得的二氧化碳通量数据。对于封闭式路径分析仪，需检查平均信号强度值，然后标记并剔除信号强度（ASS）低于仪器手册建议的60%阈值的所有通量测量值。舍弃在降雨量 P 大于或等于 0.1 毫米的任何降水事件期间测得的通量数据。为排除不适用于涡动协方差法的测量条件，应舍弃公共结果文件中二氧化碳标记值大于 1 的低质量通量数据。利用输出文件中提供的夜间时段指示符（白天等于 0）来筛选并剔除夜间测得的二氧化碳通量值。将夜间二氧化碳通量与相应的摩擦速度值进行绘图，并确定这些通量

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Environment

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非理想涡流位点的 CO2通量测量

我们介绍一种相对较快速（30 分钟）且适用于蒸腾状态下离体叶片的叶水力导度（Kleaf）与气孔导度（gs）同步测定的实用方法。该方法可经修改后用于测定 Kleaf 和 gs...

利用蒸发通量法（EFM）测定叶片水力导度和气孔导度及其对光照和脱水的响应

地表更新是一种微气象学方法，正被越来越多地用于测定能量通量，但其技术复杂性使其难以被广泛使用。本文描述了建立和校准地表更新野外观测站、采集和处理数据以及正确解释结果所需的各个步骤。...

表面更新：一种用于测量和处理田间尺度能量通量密度数据的先进微气象学方法

利用放射性示踪剂测定植物中矿质养分与有毒物质的通量

本文展示了基于静态箱法测量土壤系统温室气体通量的方法。通过相对较低的基础设施投入，可在多个处理组/地点以及从数小时到数年的不同时间尺度上获取测量数据。...

使用静态箱法测定农业土壤温室气体通量

溶渗仪二氧化碳梯度设施可在温度受控的培养室内，于黏土、粉质黏土和砂质土壤单体上建立250至500 µl...

用于研究 CO2 浓度升高及土壤因素对草地生态系统功能影响的 CO2 浓度梯度实验装置

本文描述了一种方法，可将有机污染物（来源于石油原料）生物降解过程中矿化的 CO2 进行捕获、定量，并分析其 14C 含量。同时建立了一个模型，用于确定 CO2...

使用联合 CO2 通量与放射性碳分析法测定含碳污染物的矿化

氨气排放主要来自农业源，通过导致富营养化、土壤酸化和细颗粒物形成，对环境构成重大威胁。该方法可在重复的田间试验中测量氨的损失，从而对排放量以及作物生长发育与排放之间的关系进行统计分析。...

校准的被动采样——结合动态管法与被动采样器的多地块田间氨（NH3）排放测量

本文介绍了用于测量沉积物-水界面气体和溶质交换的小型核心培养方法。该方法可提供可靠的沉积物-水交换数据，用于评估沉积物在影响水生生态系统中生物及生物地球化学过程中的作用。...

底栖层交换的O2，N2 利用小型岩心培养法测定溶解性营养物质

本实验方案的总体目标是利用静态密闭箱法测定稻田的温室气体排放。由于稻田中存在持续的水层，且箱体内含有植物，因此测量系统需要进行特定调整。...

利用保持植株在顶空环境中的静态密闭箱法评估稻田甲烷和氧化亚氮通量

陆地生态系统中快速而精确的叶面积指数（LAI）估算对于广泛的生态学研究及遥感产品校准至关重要。本文介绍了使用新型LP 110光学仪器进行地面测量的实验方案 原位 LAI...

利用光学仪器在植被冠层中测定有效叶面积指数的野外测量方法

我们详细阐述了在印度实地开展的一项大型随机对照试验中，空气和生物样本采集过程所采用的一致且高质量的操作流程。通过对适用于农村地区暴露评估的创新技术应用进行监督所获得的经验，有助于改进野外数据采集实践，获得更可靠的研究结果。...

可视化印度家庭空气污染干预网络试验中暴露与生物标志物评估的现场数据收集流程

学习涡度相关法在非理想风灾迹地测量二氧化碳通量的完整操作流程。本方案详细指导短冠层生态系统的站点设置、通量计算与质量控制，帮助研究人员在有限空间内获取可靠的大气-生态系统交换数据。

非理想涡动协方差站点的 CO₂ 通量测量

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