Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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 yayınlandı2,3,4. 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 yetersiz8,9,10. 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).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. site konumu ve enstrümantasyon kurulumu
- 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.
- Türler bileşimi ve bitki kapağını kontrol edin. En benzer özelliklere sahip bir yer seçin: Ana bitki tipi yaş ve yüksekliği.
- 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.
- 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. - 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.
- 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. - 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.
- 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.
- 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.- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- AK sistemi olarak benzer bir yükseklikte monte edilmiş, Radyasyon kalkanları ile hava sıcaklığı ve nem sensörleri kullanın.
- 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
- 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. - 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. - Flux info sekmesine gidin, veri kümesi ve çıkış dizinlerini seçin, ham dosya adı biçimini belirtin ve Flux hesaplaması için öğelerin listesini kontrol edin.
- İşlem seçenekleri sekmesine gidin ve ham veri işleme ayarlarını seçin.
- 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.
- 0-1-2 işaretleme ilkesi17 (kalite kontrol prosedürün sonuçlarını sunan yaklaşım) türünü seçin.
- 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.
- 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.
- 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
- Düzenli bir bakım planı kullanarak veri kaybını kaçının. Bireysel yeteneklere göre, su veya hafif deterjan kullanılarak mümkün olduğunca sıklıkla temiz sensörler.
- 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. - 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. - 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.
- Olumsuz hava koşullarını ve enstrüman arızaları belirleyin.
- 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).
- 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. - Herhangi bir yağmur olayı (veya diğer yağış türü) sırasında ölçülen Cereyanlar atın; P ≥ 0,1 mm olduğunda Cereyanlar silin.
- Eddy Kovaryans yöntemi uygulaması için uygunsuz koşullar için hesap.
- 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.
- 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.
- 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 eşik21,22 tanımlamak için birkaç, daha hassas, karmaşık ve güvenilir yöntemler vardır. Ayrıca, bu çok heterojen sitelerde u* THR kolay olmayabilir tanımlamak belirtilmelidir. Bu gibi durumlarda, literatürde3,4.
- Flux uzamsal temsili kısıtlamaları
- 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.
- 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. - 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
- Kaliteli kontrol edilen CO2 Flux Gap doldurma ve bölme emilimi (Brüt Primer üretim [GPP] fluxes) ve solunum (ekosistem solunumu [REco] fluxes) çeşitli sık kullanılan yaklaşımlardan yöntemi seçin, üç temel grupları içerir: süreç tabanlı yaklaşım23,24, istatistiksel yöntemler25,26, ve neural ağlar kullanımı27,28.
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. - Süreç tabanlı yaklaşıma örnek olarak, Fluxnet Kanada araştırma ağı 'ndan (FCRN) gelen prosedürü izleyin23,24).
- Gece dönemlerinde ölçülen net Co2 Cereyanlar (NEP) ve büyüyen sezonun dışındaki tüm Flux değerleri seçin. Bunlar tamamen REco 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. - Toprak, hava veya iki kombinasyonu sıcaklığı (T) kullanarak, sıcaklık ve REcoarasındaki 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 REco ekosistem solunum akı değeri,
bir referans sıcaklığındaki Solunum oranı, tref 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: Tref 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 REco 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). - Elde edilen REko 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 REco = NEP ve GPP = 0 olduğunu unutmayın. Gündüz sıcaklıkları ile aynı fonksiyon her yarım saat değeri için gündüz REko Cereyanlar verecektir.
- Denklem göre GPP değerlerini hesaplayın: GPP = NEP + REco 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 GPPopt 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. - Tüm prosedürün sonunda, eksik NEP Cereyanlar değerlerini aşağıdaki gibi hesaplamak için modellenmiş GPP ve rEco Cereyanlar kullanın: NEP = GPP- REko.
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.
- Gece dönemlerinde ölçülen net Co2 Cereyanlar (NEP) ve büyüyen sezonun dışındaki tüm Flux değerleri seçin. Bunlar tamamen REco fluxes olduğu varsayılır.
- 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 REcobölümlenmiş. REco Cereyanlar bölümleme için kullanılan model türü önceki teknikle aynıdır.- 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 (Thava veya Ttoprak), gelen güneş radyasyon (Rg) ve hava bağıl nem (RH).
- İşleme sayfasına gidin ve ölçüm sitesi (ad, koordinatlar, yükseklik, saat dilimi) ile ilgili tüm gerekli bilgileri doldurun.
- 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.
- NET Cereyanlar bölümleme (gece-25 veya gündüz-tabanlı31) için bir veya her iki yöntem seçin ve hesaplama işlemini çalıştırın.
- 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.
- Her gün, aylık ve yıllık toplamları hesaplayın tüm boşluğu dolu Co2 Cereyanlar NEP dahil, GPP, ve REco, 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.
bir referans sıcaklığındaki Solunum oranı, tref 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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
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 rüzgar yönü ve maksimal kabul edilebilir Cereyanlar ayak izi, gölgeli çokgenler olarak işaretlenmiş, tlen ı sitesinden uydu resmi arka planda, burada gösterilen analiz sonucu görsel bir temsili olarak gösterilir ( Şekil 1).
Prensip olarak, Rüzgar hızı ve iz gaz konsantrasyonu, daha sonra net Co2 Exchange Cereyanlar (NEP) hesaplamak için kullanılan Eddy Kovaryans sistemi ile ölçülür. Ham Flux değerlerinin, hataları ve düşük kaliteli verileri dışlamak için daha sonra post-processed olması gerekir. Şekil 2 , tlen ı windthrow sitesinden bir yıllık NEP Cereyanlar ölçümlerinin örneği üzerinde bir filtreleme prosedürün sonuçlarını gösterir.
Bu Flux kalite kontrol ve güvence önerilen prosedür önemli veri kaybı, tipik EC sitelerinde daha fazla ölçüde sonuçlandı unutulmamalıdır. Kabul edilebilir NEP fluxes azalma, önceki aşamaya göre, bölümler 3,6 ve 3,7 benzer, veri noktaları en az sayıda olumsuz hava koşulları ve enstrüman arızaları nedeniyle atıldı (Bölüm 3,5). Kalite güvence protokolünün son bölümü (seçilen ayak izi ve rüzgar yönü sektörleri), EC tarafından ölçülen tüm ham NEP fluxların sadece 1/3 son veri kapsamını sağladı. Genel olarak, adım 3,7 burada filtreleme prosedürün en önemli parçasıdır, elde edilen Cereyanlar araştırılan bölgenin gaz değişimi temsil güvence altında.
Yüksek kaliteli NEP Cereyanlar nihayet günlük, aylık, mevsimsel veya yıllık toplamları türetmek için kullanılabilir. Ancak, her eylemden önce boşluk doldurulması gerekir. Şekil 3' te, nep fluxes arasındaki ilişki, iki farklı yaklaşımlar kullanılarak doldurulan boşluk: proses tabanlı (FCRN) ve istatistiksel Yöntem (REddyProc) gösterilir.
Sunulan basit doğrusal regresyon genel olarak her iki teknikte karşılaştırılabilir olduğunu göstermektedir (r2= 0,89 ile istatistiksel olarak önemli regresyon) ve böylece NEP Cereyanlar boşluk doldurma için kullanılabilir, tatmin edici benzer sonuçlar vererek (regresyon satır eğim eşit 0,90, hangi tavsiye sadece 10% boşluk dolu Cereyanlar arasındaki fark Ortalama). Sadece net CO2 Flux değerleri ile, hiçbir şey emilim (GPP) ve solunum (REco) süreçleri bireysel etkileri hakkında söylenir. Bu nedenle, boşluk doldurma ile birlikte, sözde Flux bölümleme prosedürü de, aynı iki yöntemin kullanımı ile gerçekleştirildi. REco fluxların günlük toplamları Şekil 4 ' te, net Co2 Cereyanlar bölümlenirken iki farklı yöntem performansında örnek olarak sunulmuştur.
İki farklı yöntemle rEko Flux hesaplamalarının sonuçları, aynı model rEko vs T her iki durumda da kullanılmış olsa da, solunum bir katkı ile ilgili hatalı sonuçlar potansiyel bir kaynak örnekleridir Genel NEP Cereyanlar veya dolayısıyla emilim oranları (GPP Cereyanlar). Ancak, hangi yöntem bu şekilde ek analiz olmadan daha güvenilir sonuçlar verir açıkça belirtilemez. Ne yapılabilir, bizim görüşüme göre, ya farklılıklar üzerinde bakmak için modellenen REko Cereyanlar karşı ölçülen gece Cereyanlar komplo ya da doğrudan diğer tekniği ile ölçülen solunum Cereyanlar ile tahmini değerleri karşılaştırmak için (örneğin, odası). Sunulan yaklaşımlar arasında modellenen REko Cereyanlar farklılıkları aslında gelebilir, bir yöntem bazı parametreler sabit olarak ayarlanır, diğer sırada onlar tahmin edilmektedir. Her iki durumda da değişmez olanlar, (bir referans sıcaklığı- tref), verilen örnekte aynı değildi (fcrn tref= 283,25 k, reddyproc tref= 288,15 k iken). Potansiyel kullanıcıların böyle küçük değişikliklerin bile önemli farklılıklara neden olabilir fark yapmak amacıyla yapıldı. Diğer sorun, istatistiksel bir yaklaşım büyük boşlukları başarıyla doldurmak mümkün değildir, hangi sunulan olmayan ideal EC site, burada sadece 1/3 filtre ve kalite kontrol prosedürü sonra sol ölçülen Cereyanlar vardı, endişe için bir neden olabilir. Biz bu analiz ile "daha iyi bir çözüm" sağlamaya çalışmayın, ancak mevcut seçenekleri. Bu durumda daha ayrıntılı bir soruşturma yapılması gerekiyor.
Resim 1: tlen ı site alanının arka planında rüzgar gül arsa. Mavi gölgeli çokgenler seçilen rüzgar yönünü temsil eder ve bunların içinde kırmızı gölgeli çokgenler, 200 m yarıçapına sahip bir dairenin sektörlerini gösterir (maksimal kabul edilebilir Cereyanlar ayak izi uzatması). Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 2: işlenmemiş, ham NEP Cereyanlar değerlerinin arka planında, veri filtreleme (protokolde açıklanan) her adımda 30 dakikalık ortalama NEP Cereyanlar dersi. Her aşama sonra kalan veri noktalarının göreli sayısı her arsa üst kısmında verilir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 3: NEP fluxes arasındaki ilişki, bir süreç tabanlı Yöntem (FCRN) ile dolu boşluk ve istatistiksel bir yaklaşım (REddyProc online aracı), tlen ı windthrow sitede ölçülür. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 4: günlük ekosistem solunumları (REco) bir süreç tabanlı Yöntem (fcrn) ve tlen ı windthrow sitesinde istatistiksel bir yaklaşım (reddyproc online aracı) ile gerçekleştirilen bölümleme yordamından elde edilen toplamları Cereyanlar. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
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 standart çözümlere göre (örn. FLUXNET veya ıCOS ağ protokolleri) yapılabileceği rahatsız olmayan ekosistemlerdir. ). Ancak, böyle zorlu ve genellikle dağınık sınırlı alanlarda windthrow siteleri olarak, bu tür deneyler planlanmalı ve özel dikkatli yapılmalıdır. Ayrıca, uzun vadede, dinamik büyüyen ekosistemlerde ölçümler gelecekte EC sistem yüksekliğindeki bir değişiklik gerektirir, yeni bitki büyütme ve geliştirme ile birlikte. Bu nedenle, elektriksel olarak işletilen, uzatılabilir mast ile yenilikçi "mini kule" olan benzersiz bir temel yapı kullanmanızı öneririz. Bu teknik çözüm, yöntemin kendisi için temel gereksinimlere sahip olmasını sağlar: bir karma sınır katmanında, yeniden yapılanma veya enstrümanlar sökülebilir gerek kalmadan EC sistem yerleşimi, daha fazla veri kaybına neden olabilir zaten tükenmiş Dataset. Ayrıca, kolay hareket eden elektrik direği de, sensörlerin bakımını çok daha kolay hale getirir (örn. bir analizörün optik yolunu temizlemeniz gerektiğinde, tüm EC sistemi istenilen, uygun yüksekliğe aşağı getirilebilir). Yine de, bu dikkat edilmelidir, bu aracın yerleşimi yüksekliği artan bir etki alanı (Flux ayak izi), daha fazla veri yetersiz Flux ayak izi nedeniyle dışlanan neden olacak uzantısı sonuçları olacaktır. En kötü durumda, ölçülen Cereyanlar muhtemelen artık araştırılan alan için temsilci olmayacaktır ve hatta ak Yöntem gereksinimleri artık karşılanmaz.
Site konumu nispeten homojen ve düz bir arazi içinde, protokol açıklandığı gibi, en çok istenen seçenektir. Bu şartlar altında, Adveksiyon sorunları genellikle ihmal edilir. Ancak, ilgi alanı bir tepelik arazi üzerinde bulunuyorsa, daha gelişmiş bilgi elde edilmesi anlamına gelir ölçülen Flux analizi, dikkate alınmalıdır.
Ham, yüksek frekans verilerinden Flux hesaplaması için önerilen yazılım (EddyPro), EC Flux hesaplaması için tasarlanmış, ücretsiz, karmaşık ve Kullanıcı dostu bir araçtır. Tüm gömülü denklemler ve düzeltmeler bilimsel arka plan ve kullanılan yöntemlerle ilgili başvurular15verilir. Dahası, sürekli ayarlanır ve uzmanlar tarafından geliştirilen-bilim adamları en güncel bilgi durumunu uygulamak için.
Bir kez geçici ortalama Co2 Cereyanlar hesaplanan, onların yüksek kalite ve representativeness sağlamak için dikkatle işlenmesi gerekir. Hatalarının prosaik kaynaklardan biri enstrümanların operasyonu bozuklukları vardır: yağış, polen, kir, gaz analizörü penceresinde buz birikimi (açık yol analizörü) veya iç emme tüpü (kapalı-ve kapalı yol Analizörleri), hangi etkileyen CO2 ölçülerini Cereyanlar. Bu tür olaylar ayrıca rüzgar hızı ölçümünü bir dereceye kadar bozabilir (sonik Anemometre). Böylece, bu protokolde, nep Cereyanlar filtreleme sonraki aşamaları sunuldu, hangi son adım ideal olmayan, dağınık sınırlı siteler için en büyük önem taşımaktadır. Veri noktalarının sayısı, temsili Rüzgar yönü sektörleri ve ayak izi için muhasebe sonra, çok küçük olsa da (Şekil 2), bu "yanlış" sinyalleri dahil etmek için çok önemli olduğunu hatırlanması gerekir, biz olanlar daha farklı alanlardan gelen ilgilendi. İlk iki adımın aksine, yukarıda bahsedilen Flux filtreleme prosedürü (özellikle rüzgar yönü kısıtlamaları) ak orman sitelerinde yaygın olarak kullanılmaz, çünkü bozulmamış site konumu genellikle en iyi temsilci alanını sağlamak için bir şekilde seçilir Mümkün. Diğer taraftan windthrow siteleri, öngörülemeyen olayların bir sonucu olarak görünür; Bu nedenle, bu bilimsel açıdan değerli bölgelerde EC ölçümlerini yürütmek için bazı uzlaşmalar yapılmalıdır. Bu çalışmada aksine, önerilen ayak izi sınırları farklı rüzgar yönlerinde farklı değerlere sahip olabilir. Aynı zamanda bir burada sunulan daha Flux temsili tahminler diğer tür vardır söz değer (örneğin, 2D ayak izi klimatoloji yaklaşımı32, hangi online kullanımı ücretsizdir ve daha karmaşık sonuçlar verir). Bu tür karmaşık sitelerde, bu yaklaşım ölçülen fluxes üzerinde en büyük etki alanı belirterek daha da yararlı olabilir. Ancak, seçilen ticari yazılım kullanılarak hesaplanan fluxes sonrası işleme basitleştirmek için, bu sadece çıktı dosyalarında verilen bilgileri kullanmaya karar verildi.
Protokolün en zayıf noktası boşluk doldurma ve Flux bölümleme tanımı. İki önerilen yöntemler daha önce diğer uzmanlar tarafından geliştirilen ve sadece burada önerilen teknikler olarak uygulanmıştır. Dahası, FCRN yöntemi bu yordamı gerçekleştirmek için hazır bir araç olmadığından, kullanıcıdan çok daha fazla katkı gerektirir. Potansiyel kullanıcılar arasında daha fazla ilgi gösteren ilgili boşluk dolu (NEP) ve bölümlenmiş Cereyanlar (GPP ve REco) karşılaştırmalı analizi, tam olarak uygulanabilir olması için daha ayrıntılı bir soruşturma gerektirir ( Şekil 3 ve Şekil 4).
Bu protokolde sunulan EC ölçümleri ve veri işleme teknik detayları ile ilgili iyileştirme için bir oda hala vardır. Bir potansiyel olasılık veri boşluğu doldurma ve bölümleme için işlenmiş tabanlı ve istatistiksel yöntemin füzyon (örn., boşluk doldurma için reddyproc yöntemi ve daha sonra Cereyanlar bölümleme için fcrn), bireysel ihtiyaçlarına göre, ya da sadece nöral kullanımı ağ yaklaşımı.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar, sunulan protokol çoğunlukla EC ölçümleri ile ilgili tanınmış ve yaygın olarak açıklanan konuların basitleştirme olduğunu söylemek istiyorum. Gerektiğinde tüm yeterli referanslar verildi. Ana Amacımız, bu yöntemin kullanımını teşvik etmek, hem de yeni ve benzersiz ayarlanabilir, elektriksel olarak işletilen mast ölçümleri için, adım adım yaklaşım ile uzman olmayanlar arasında. Biz umut, daha kolay fark ve ancak sıkı gereksinimler karşılanması gerektiğini hayal yapar, EC tekniği tatmin edici olmayan tipik de uygulanabilir, dağınık sınırlı ekosistemlerde. AK teorisi ve metodolojisi ile ilgili zaten geniş literatür ile sunulan protokol, bu konuda daha fazla bilgi edinme konusunda da bir teşvik olabilir.
Acknowledgments
Bu araştırma devlet ormanlarının Genel Müdürlüğü, Varşova, Polonya (proje LAS, No veya-2717/27/11) tarafından destekleniyordu. Biz tüm araştırma grubuna bizim Şükran ifade etmek istiyorum Meteoroloji Anabilim Dalı, Poznan Yaşam Bilimleri Üniversitesi, Polonya, bu protokol uygulaması ve kendi görsel sürümünü oluştururken onların yardım dahil.
Materials
| 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. |
References
- Baldocchi, D. Measuring fluxes of trace gases and energy between ecosystems and the atmosphere - the state and future of the eddy covariance method. Global Change Biology. 20, 3600-3609 (2014).
- Aubinet, M., et al. Estimates of the annual net carbon and water exchange of European forests: the EUROFLUX methodology. Advances in Ecological Research. 30, 113-174 (2000).
- Aubinet, M., Vesala, T., Papale, D. A practical guide to measurements and Data Analysis. , Springer. Dordrecht, Heidelberg, London, New York. (2012).
- Burba, G. Eddy Covariance Method for: Scientific, Industrial, Agricultural, and Regulatory Applications. A Field Book on Measuring Ecosystem Gas Exchange and Areal Emission Rates. , LI-COR Bioscienses. Lincoln, Nebraska. (2013).
- Pan, Y., et al. A Large and Persistent Carbon Sink in the World’s Forests. Science. 333, 988-993 (2011).
- Wofsy, S. C., et al. Net exchange of CO2 in a midlatitude forest. Science. 260 (5112), 1314-1317 (1993).
- Luyssaert, S., et al. CO2 balance of boreal, temperate, and tropical forests derived from a global database. Global Change Biology. 13, 2509-2537 (2007).
- Knohl, A., et al. Carbon dioxide exchange of a Russian boreal forest after disturbance by wind throw. Global Change Biology. 8, 231-246 (2002).
- Lindauer, M., et al. Net ecosystem exchange over a non-cleared wind-throw-disturbed upland spruce forest-Measurements and simulations. Agricultural and Forest Meteorology. 197, 219-234 (2014).
- Schulze, E. D., et al. Productivity of forests in the Eurosiberian boreal region and their potential to act as a carbon sink - a synthesis. Global Change Biology. 5, 703-722 (1999).
- Mammarella, I., et al. Carbon dioxide and energy fluxes over a small boreal lake in Southern Finland. Journal of Geophysical Research-Biogeosciences. 120, 1296-1314 (2015).
- Vesala, T., et al. Eddy covariance measurements of carbon exchange and latent and sensible heat fluxes over a boreal lake for a full open water period. Journal of Geophysical Research-Biogeosciences. 111, 1-12 (2006).
- Burba, G., Anderson, D. A brief practical guide to Eddy Covariance Flux Measurements. Principles and workflow examples for scientific and industrial applications. , LI-COR Biosciences. Lincoln, Nebraska. (2010).
- Businger, J. Evaluation of the accuracy with which dry deposition could be measured with current micrometeorological techniques. Journal of Applied Meteorology and Climatology. 25, 1100-1124 (1986).
- Eddy Pro Software Instruction Manual. , LI-COR Biosciences. Lincoln, Nebraska. Available from: https://www.licor.com/documents/1ium2zmwm6hl36yz9bu4 (2017).
- Wilczak, J. M., Oncley, S. P., Stage, S. A. Sonic anemometer tilt correction algorithms. Boundary-Layer Meteorology. 99, 127-150 (2001).
- Foken, T., et al. Post-field quality control. Handbook of Micrometeorology: A Guide for Surface Flux Measurements. Lee, X. , Kluwer Academic. Dordrecht. (2004).
- Kljun, N., Rotach, M. W., Schmid, H. P. A three-dimensional backward Lagrangian footprint model for a wide range of boundary-layer stratifications. Boundary Layer Meteorology. 103, 205-226 (2002).
- Foken, T., Wichura, B. Tools for quality assessment of surface-based flux measurements. Agricultural and Forest Meteorology. 78, 83-105 (1996).
- Mauder, M., Foken, T. Impact of post-field data processing on eddy covariance flux estimates and energy balance closure. Meteorologische Zeitschrift. 15, 597-609 (2006).
- Gu, L., et al. Objective threshold determination for nighttime eddy flux filtering. Agricultural and Forest Meteorology. 128 (3-4), 179-197 (2005).
- Papale, D., et al. Towards a standardized processing of Net Ecosystem Exchange measured with eddy covariance technique: algorithms and uncertainty estimation. Biogeosciences. 3 (4), 571-583 (2006).
- Barr, A. G., et al. Interannual variability in the leaf area index of a boreal aspen-hazelnut forest in relation to net ecosystem production. Agricultural and Forest Meteorology. 126, 237-255 (2004).
- Krishnan, P., Black, T. A., Jassal, R. S., Chen, B., Nesic, Z. Interannual variability of the carbon balance of three different-aged Douglas-fir stands in the Pacific Northwest. Journal of Geophysical Research. 114, 1-18 (2009).
- Reichstein, M., et al. On the separation of net ecosystem exchange into assimilation and ecosystem respiration: Review and improved algorithm. Global Change Biology. 11, 1424-1439 (2005).
- Falge, E., et al. Gap filling strategies for defensible annual sums of net ecosystem exchange. Agricultural and Forest Meteorology. 107, 43-69 (2001).
- Ooba, M., Hirano, T., Mogami, J. I., Hirata, R., Fujinuma, Y. Comparisons of gap-filling methods for carbon flux dataset: A combination of a genetic algorithm and an artificial neural network. Ecological Modelling. 198, 473-486 (2006).
- Papale, D., Valentini, R. A new assessment of European forests carbon exchanges by eddy fluxes and artificial neural network spatialization. Global Change Biology. 9, 525-535 (2003).
- Baldocchi, D. D., Vogel, C. A., Hall, B. Seasonal variation of carbon dioxide exchange rates above and below a boreal jack pine forest. Agricultural and Forest Meteorology. 83, 147-170 (1997).
- Lloyd, J., Taylor, J. On the Temperature Dependence of Soil Respiration. Functional Ecology. 8, 315-323 (1994).
- Lasslop, G., et al. Separation of net ecosystem exchange into assimilation and respiration using a light response curve approach: critical issues and global evaluation. Global Change Biology. 16, 187-208 (2010).
- Kljun, N., Calanca, P., Rotach, M. W., Schmid, H. P. A simple two-dimensional parameterisation for Flux Footprint Prediction (FFP). Geoscientific Model Development. 8, 3695-3713 (2015).
