Измерения CO₂ Fluxes на неидеальных сайтах Эдди Ковариантки

Протокол представляет 1/4 описания установки и измерения производительности сайта eddy covariance с нуля, которые могут быть успешно применены в пространственно ограниченных экосистемах. Мы считаем, что протокол облегчает реализацию того, что, однако, необходимо выполнить строгие требования. Техника коварианса может быть удовлетворительно применена и в не идеальном месте.

После того, как он представлен в визуальной форме, протокол может быть использован в качестве первого и относительно простой выбор для неспециалистиков вынуждены или готовы использовать технику eddy covariance. Для начала на карте высоты выберите место измерения в относительно однородной и плоской местности в соответствии с основными требованиями метода ЕС. Выберите место без препятствий и убедитесь, что исследуемая область простирается в каждом направлении по меньшей мере в 100 раз выше высоты датчика.

На объекте используйте анемометр для исследования преобладающих направлений ветра в течение одного года или анализа данных ближайшей метеорологической станции. Решите, какую систему ЕС использовать. Откройте путь инфракрасный анализатор газа с более низким энергопотреблением или закрытый анализатор пути с короткой трубкой потребления, если нет ограничений на энергоснабжение или если в суровых условиях.

На участке поместите штатив с вертикальным шестом, чтобы смонтировать систему ЕС сверху. Распоить инфракрасный анализатор газа и 3D звуковой анемометр близко друг к другу. Поместите звуковой анемометр в идеально вертикальное положение.

Слегка наклоните газоаанализатор, чтобы дождевая вода легко убежала. Поднимите приборы на высоту в два раза выше высоты навеса с поверхности почвы и не менее полутора-двух метров над верхней частью навеса. Избегайте монтажа ненужных элементов вблизи системы ЕС, которые могут исказить поток воздуха.

Для дальнейших вычислений и анализа потока, измерения некоторых вспомогательных переменных в то же время, в том числе по крайней мере температуры воздуха и почвы, относительная влажность воздуха, фотосинтетические плотности фотона потока, входящих солнечного излучения, и осадков. Для вычисления потока двуокиси углерода используйте коммерчески доступное свободное программное обеспечение EddyPro, которое включает в себя приложения коррекции для вычислений потока ЕС. Сначала создайте новый проект, а затем во вкладке информация проекта укажите формат файла необработанных данных и выберите файл метаданных.

Перейдите на вкладку информации потока, выберите набор данных и каталоги вывода, укажите необработанный формат имени файла и проверьте список элементов для вычисления потока. Затем перейдите на вкладку параметров обработки и выберите необработанные настройки обработки данных. Выберите метод вращения для коррекции измерений анемометра, который позволяет знать любое несчетирование звукового анемометра по отношению к локальному ветру.

Отметьте первый планарный подход для не-сделки неоднородных местах. Выберите тип политики пометки 012. Выберите предпочтительный метод следа для области влияния на измеренные потоки.

Оставьте все остальные настройки без изменений. Нажмите запустить в расширенном режиме, чтобы начать поток вычислений в конце. Создайте электронную таблицу, которая содержит результаты программного обеспечения для расчета потока и вспомогательных измерений.

Используйте инструменты фильтрации в электронной таблице для фильтрации потоков углекислого газа, измеренных во время неблагоприятных погодных условий и неисправностей приборов. Для прилагаемого анализатора пути проверьте среднее значение силы сигнала. Затем отметьте и отбросьте все потоки, измеренные с помощью ASS ниже 60%-ного порога, предложенного в руководстве инструмента.

Отбросьте потоки, измеренные во время любых дождевых событий с P больше или равна 0,1 миллиметра. Чтобы объяснить ненадлежащие условия для применения метода eddy covariance, отбросьте данные потока с низким качеством, имеющие значения двуокиси углерода, более чем один в общем файле результатов. Используйте индикатор ночного периода, дневной равен нулю, данный в файле вывода, чтобы отфильтровать значения потока двуокиси углерода, измеренные ночью.

Участок ночного углекислого газа потоки против соответствующих значений скорости трения и найти U-звезды значение, при котором эти потоки перестали увеличиваться. Отметьте полученное значение в качестве порога скорости трения, который будет использоваться в качестве меры недостаточных условий турбулентности. Выбросьте из набора данных все потоки двуокиси углерода, имеющие значение U-звезды меньше порога, что указывает на недостаточную турбулентность.

Теперь, участок ветер поднялся на карте исследуемой области для потока пространственной репрезентативности ограничений. По оценке трансграничных интегрированных следов, выберите 70% в качестве вероятности для пространственно ограниченных участков, которые будут использоваться для дальнейшего анализа. Далее ориентируйте карту, и ветер поднялся таким же образом и используя северное направление в качестве индикатора, проверьте, есть ли какие-либо направления в зоне интересов, например, другие виды экосистем, и отметйте их как не репрезентативные.

Выберите сектора направления ветра и значения следа, которые являются наиболее репрезентативными для измерительного участка, проверьте размер и укажите максимальную длину. Отфильтруйте значения потока, которые не отвечают обоим требованиям. Для выполнения заполнения пробелов для данных о двуокиси углерода, выберите метод для качества проверенных разрывов потока двуокиси углерода заполнения и разделения на поглощение и дыхание из трех основных групп: процесс на основе подхода, статистические методы, и использование нейронных сетей.

Самым слабым пунктом протокола является описание заполнения пробелов и переливов, поскольку предлагаемые методы были индивидуально разработаны другими специалистами и реализованы здесь только в качестве предлагаемых методов. Примером подхода, основанного на процессах, является Канадская исследовательская сеть FLUXNET. Для заполнения пробелов, не только в двуокиси углерода, но и других значений EasyFlux, таких как разумное и скрытое тепло, а также в важных метеорологических элементов, используйте REddyProc онлайн инструмент, который также доступен в качестве пакета программного обеспечения R.

Далее, например, в программном обеспечении R, вычисляйте ежедневные, ежемесячные и годовые итоги всех заполненных пробелами потоков двуокиси углерода, включая чистое производство экосистем, валовое производство экосистем и дыхание экосистем. Участок розы ветра на фоне участка TLEN 1 показывает синие затененные полигоны для выбранного направления ветра и красно-затененные полигоны внутри них как сектора круга с радиусом 200 метров, представляющие максимально приемлемую степень потока следов. На этом рисунке показаны результаты процедуры фильтрации на примере одного года чистых измерений производства экосистем с участка ветра TLEN 1.

Самое небольшое количество точек данных было отброшено из-за неблагоприятных погодных условий и неисправностей приборов. В то время как последняя часть протокола обеспечения качества, учитывая ограничения пространственной репрезентативности потока, дала окончательный охват данных лишь 1/3 всех потоков производства необработанных чистых экосистем, измеренных ЕС. Взаимосвязь между чистыми потоками производства экосистем, пробелом, заполненным для метода на основе процесса, и статистическим подходом показывает простую линейную регрессию, что свидетельствует о том, что в целом оба метода сопоставимы и, таким образом, могут быть использованы для заполнения чистых потоков производства экосистем. Используя эти два метода, ежедневные итоги потока дыхания экосистемы были также получены в результате процедуры секционирования.

Следует помнить, что одним из важнейших шагов в области фильтрации данных и контроля качества на не идеальном объекте является оценка пространственной репрезентативности измеренных потоков.