Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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).
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Protocol
1. Standort- und Instrumentierungsaufbau
- 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.
- Überprüfen Sie die Artenzusammensetzung und die Pflanzenabdeckung. Wählen Sie einen Ort mit den ähnlichsten Eigenschaften: Alter und Höhe des Hauptvegetationstyps.
- Führen Sie nach Möglichkeit zusätzliche Bodenuntersuchungen durch, die bei der Auswahl homogener Flächen helfen. Vergleichen Sie Bodentypen an wenigen Stellen (Bodenprofile), Bodenkohlenstoff- und Stickstoffgehalt sowie Feuchtigkeitsbedingungen (z. B. unter Verwendung eines regelmäßigen Rasters für bodenproben). Vermeiden Sie Orte mit herausragenden Merkmalen im Vergleich zu den Durchschnittswerten aus der Bodenuntersuchung.
- Bevor Sie entscheiden, wo die Instrumente platziert werden sollen, untersuchen Sie die vorherrschenden Windrichtungen (idealerweise für ein Jahr vor der Einrichtung vor Ort) oder analysieren Sie Daten von der nächstgelegenen Wetterstation. Wenn es einige Einschränkungen in Bezug auf den Umfang des Interessengebiets gibt, wählen Sie den Standort, der innerhalb der vorherrschenden Windsektoren (Upwind) liegt.
HINWEIS: Im Falle der polnischen Windwurf-Site, aufgrund der Form des Tornado-Pfads, wurde beschlossen, den Turm in der Mitte seiner Breite (ca. 400 x 500 m) und so weit von benachbarten, wenige Jahre alten Kiefernplantage wie möglich in Ost-West-Richtung (ca. 200 m f) zu platzieren rom den Turm an ihren Rändern), da die vorherrschende Windrichtung von Nordwesten nach Südwesten und von Nordosten nach Osten war (Abbildung 1). - Entscheiden Sie, welches EC-System verwendet werden soll: offener oder geschlossener Pfad (geschlossener Pfad = geschlossener Pfad mit kurzem Ansaugrohr) Infrarotgasanalysator (oder zwei davon, wenn möglich). Jeder hat Vor- und Nachteile, aber im Allgemeinen sind beide zuverlässig auf einem Feld verwendet werden. Verwenden Sie ein dreidimensionales (3D) orthogonales Schallanemometer. Für die Anwendung der EG-Methode sind Hochfrequenzmessungen erforderlich – bei beiden Instrumenten mindestens 10 Hz.
- Überlegen Sie, welche Art von Stromversorgung am besten am Standort verwendet werden kann (gibt es eine Stromleitung in der Nähe, Sonnenkollektoren oder andere Stromerzeuger?). Wenn keine Einschränkungen bestehen, verwenden Sie den gas-analysator für den geschlossenen Pfad (oder den geschlossenen Pfad).
HINWEIS: Ein Offene-Pfad-System hat einen viel geringeren Stromverbrauch, aber in rauen Umgebungen (sehr kaltes Wetter, Vereisung, regnerische Orte) würde es zu einem erheblichen Verlust von qualitativ hochwertigen Daten führen. - Befolgen Sie die Regeln, um beide Instrumente relativ zu einander zu positionieren13. Vermeiden Sie die Montage unnötiger Elemente in der Nähe des EC-Systems, die den Luftstrom verzerren können.
HINWEIS: In diesem Experiment wurden ein beiliegender Pfadanalysator (Materialtabelle) und ein 3D-Schallanemometer (Materialtabelle) verwendet.
- Überlegen Sie, welche Art von Stromversorgung am besten am Standort verwendet werden kann (gibt es eine Stromleitung in der Nähe, Sonnenkollektoren oder andere Stromerzeuger?). Wenn keine Einschränkungen bestehen, verwenden Sie den gas-analysator für den geschlossenen Pfad (oder den geschlossenen Pfad).
- Sobald der Standort gewählt ist, platzieren Sie ein Stativ mit einem vertikalen Pol (oder einer anderen Art von Basiskonstruktion), um das EC-System oben zu montieren. Legen Sie die Höhe der Instrumente unter Berücksichtigung von zwei grundlegenden Anforderungen fest: untersuchte Oberflächenrauheit (zur Vereinfachung der Höhe der vorhandenen Vegetation) und den Einflussbereich (fetch/footprint – der Bereich "gesehen" durch das EG-System)4.
HINWEIS: Bei sich dynamisch entwickelnden Ökosystemen, wie z. B. dem aufgeforsteten Windwurfgebiet Tlen I, ist die zeitliche Änderung der Instrumentenplatzierung erforderlich, um die Anforderungen der EG-Methode zu erfüllen. Als Alternative zu einer Basiskonstruktion für das EC-System wurde hier eine innovative Infrastruktur (d.h. "Miniturm") vorgeschlagen: eine Anker-Aluminiumkonstruktion (1,5 m hoher rechteckiger Fachwerk (B x L) 1 m x 1,2 m) mit Mast (dreieckiger Truss 30 cm x 30 cm x 30 cm) innerhalb der Struktur entlang der Stahlschienen, angetrieben von einem Elektromotor.- Montieren Sie zunächst beide Instrumente des EC-Systems an einem Metallmast, der zentral am Mast befestigt ist. Denken Sie daran, das Klanganemometer an einer perfekt vertikalen Position zu platzieren. Neigen Sie den Gasanalysator leicht, damit Regenwasser leicht abläuft.
- Elevate Instrumente auf eine Höhe doppelt so hoch wie die Baldachinhöhe von der Bodenoberfläche, und mindestens 1,5 x 2,0 m über der Spitze des Baldachins4. Stellen Sie sicher, dass sich die Basiskonstruktion in einer Weise befindet, die sicherstellt, dass der untersuchte Bereich mindestens das 100-fache der Höhe einer Sensorplatzierung in jeder Richtung14erstreckt.
- Denken Sie daran, Blitzschutz für eine Metallkonstruktion zu installieren.
ANMERKUNG: Um eine maximale Leistung aus der EG-Messung in der polnischen Windwurfanlage (Tlen I) zu erzielen, wurden einige Kompromisse geschlossen. Die Instrumente wurden zu Beginn des Experiments auf einer Höhe von 3,3 m platziert.
- Für weitere Berechnungen und Flussanalysen einige Hilfsvariablen gleichzeitig messen, darunter mindestens: Luft (Ta) und Boden (Ts) Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit (RH) der Luft, photosynthetische Photonenflussdichte (PPFD), eingehende Sonneneinstrahlung (Rg) und Niederschlag (P). In der Regel werden an EG-Standorten auch eine große Anzahl anderer Variablen ermittelt.
- Platzieren Sie Strahlungssensoren (PPFD und Rg) im Süden. Verwenden Sie einen horizontalen Pol, um sie vom Stativ weg zu bewegen. Überprüfen Sie den Blickwinkel der Sensoren und passen Sie die Länge des Pols und die Montagehöhe an, um sicherzustellen, dass nur die untersuchte Oberfläche sichtbar ist.
- Verwenden Sie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren mit Strahlungsschilden, die in einer ähnlichen Höhe wie das EC-System montiert sind.
- Installieren Sie Kipp-Bock-Regenmessgeräte (mindestens zwei) in relativ offenen Räumen, in der Nähe des EC-Turms, 1 m über dem Boden. Begraben Sie Bodentemperatursensoren in verschiedenen Tiefen (je nach Bodentyp drei oder mehr). Denken Sie daran, einige Wiederholungen für jede Tiefe zu haben. Platzieren Sie einige Sensoren auf der flachstmöglichen Ebene.
2. CO2 Flussberechnung
- Verwenden Sie kommerziell erhältliche, kostenlose Software (z. B. EddyPro15) für die BERECHNUNG von EC-Fluss, die Korrekturanwendungen umfasst.
HINWEIS: Diese Software wurde aufgrund ihrer Komplexität, Popularität und Benutzerfreundlichkeit ausgewählt und wird speziell für Nicht-Experten empfohlen. - Erstellen Sie zunächst ein neues Projekt, und geben Sie dann auf der Registerkarte Projektinformationen das Rohdatendateiformat an, und wählen Sie die Metadatendatei aus. Wenn Rohdaten als ".ghg"-Dateien abgerufen wurden, ist die einzelne Metadatendatei bereits eingebettet, und es sind keine weiteren Aktionen erforderlich. In anderen Fällen verwenden Sie die option alternative Datei und geben Sie alle Informationen manuell ein.
HINWEIS: Die Metadatendatei gibt die Reihenfolge der gemessenen Variablen, ihre Einheiten und einige zusätzliche Informationen an, die für die Flussberechnung benötigt werden. Wenn sich eine der Einrichtungsdetails oder Websitemerkmale ändert, denken Sie daran, sie im Metadatenabschnitt zu ändern. - 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 zur Registerkarte Verarbeitungsoptionen, und wählen Sie die Einstellungen für die Rohdatenverarbeitung aus.
- Wählen Sie die Methode für die Korrektur der Messungen der Anemometer ( Rotationsmethode), die es ermöglicht, jede Fehlausrichtung des Schallanemometers in Bezug auf die lokale Windstromlinie15zu berücksichtigen. Markieren Sie den ersten planaren Anpassungsansatz16 (vorgeschlagen für nicht-ideale, heterogene Standorte).
- Wählen Sie die 0-1-2-Typderderder der Kennzeichnungsrichtlinie17 (der Ansatz, der die Ergebnisse eines Qualitätsprüfungsverfahrens enthält).
- Wählen Sie die bevorzugte Footprint-Methode (den Bereich des Einflusses auf gemessene Flussmittel) (z. B. den Kljun 18-Ansatz). Lassen Sie alle anderen Einstellungen unverändert (Standardoptionen).
HINWEIS: Hier kann man aus der Liste der Optionen in Bezug auf zu beanstandende Korrekturen, Fluxes Footprint-Berechnungsmethode oder die Struktur der Ausgabedateien wählen. Obwohl, es wird vorgeschlagen, die Standardoptionen während des Vorlaufs der ausgewählten EG-Software nicht zu ändern, mit Ausnahme der hier aufgeführten.
- Bei Problemen/Fragen verwenden Sie das Fragezeichen (?) neben der Option des Interesses, um mehr zu erfahren. Denken Sie daran, dass falsche oder fehlende Informationen auf einer Registerkarte die Bewegung in eine andere verhindern.
- Klicken Sie auf Erweiterten Modus ausführen, um die Flussflussberechnung am Ende zu starten. Wenn Sie nur die Standardeinstellungen verwenden, klicken Sie auf Express-Modus ausführen.
3. Filterung und Qualitätskontrolle von Flussmitteln
- Vermeiden Sie Datenverluste, indem Sie einen regelmäßigen Wartungsplan verwenden. Entsprechend den individuellen Fähigkeiten, reinigen Sie Sensoren so häufig wie möglich mit Wasser oder mildem Reinigungsmittel.
- Mindestens einmal alle 6 Monate die Kalibrierung von Gasanalysatoren unter Verwendung von CO2-Standards (0 ppm und mindestens eine weitere Konzentration, z. B. 360 ppm) durchführen. Mindestens 24 h vor jeder Kalibrierung, ändernCO2 und H2 O Absorptionsmittel (Natriumhydroxid beschichtet Kieselsäure bzw. Magnesiumperchlorat), die in zwei kleinen Flaschen im Sensorkopf vorhanden sind.
HINWEIS: Das Kalibrierungsverfahren ist relativ einfach und im Gasanalysatorhandbuch gut beschrieben. In der Software für LI-7200 und LI-7500 gibt es einen Tab, der alle Schritt-für-Schritt-Richtlinien des gesamten Prozesses enthält. Im Falle von Schwierigkeiten können Analysatoren immer für eine Werkskalibrierung gesendet werden, die vom Hersteller durchgeführt wird, aber es erfordert eine Demontage des Sensors und führt zu langen Lücken im Flussdatensatz. - Erstellen Sie eine gemeinsame Datei (z.B. .csv, .xlsx), die alle Ergebnisse der Flussberechnungssoftware und Hilfsmessungen enthält. Stellen Sie sicher, dass die entsprechenden 30-min-Mittelwerte (Flussmittel und meteorologische Variablen) genau zur gleichen Zeit gemessen werden.
HINWEIS: Um den Filtervorgang zu vereinfachen und zu beschleunigen, verwenden Sie zusätzliche Programme (z. B. Matlab oder freie R-Software), je nach den Fähigkeiten der Benutzer, anstatt in einer Kalkulationstabelle zu arbeiten. - Führen Sie alle unten beschriebenen Filterschritte (Abschnitte 3.5-3.7) für Daten aus dieser Datei aus. Verwenden Sie entweder Filterwerkzeuge in der Kalkulationstabelle (oder eingebettete "if"-Funktion) oder erstellen Sie benutzerdefinierte Filterfunktionen unter Verwendung anderer Software.
- Bestimmen Sie ungünstige Wetterbedingungen und Gerätestörungen.
- Verwenden Sie die Leistungsindikatoren des Instruments, um Daten herauszufiltern, die aufgrund einer Verunreinigung des Gasanalysators Fehlern ausgesetzt sind. Überprüfen Sie für einen eingeschlossenen Pfadanalysator den durchschnittlichen Signalstärkewert (ASS), der in der Ausgabedatei aus der Berechnungssoftware der Flussmittel angegeben ist. Markieren und verwerfen Sie dann alle flussmittel gemessenen Flussmittel (co2_flux), z. B. ASS = 70 % (10 % höhere Schwelle als im Handbuch des Instruments vorgeschlagen).
- Optional können Sie einen konstanten Bereich für Flussmittel festlegen, der den Ausschluss von Ausreißern (z. B. von -15 bis 15 ,mol-2s-1 am Standort Tlen I) ermöglicht. Eine der möglichen Möglichkeiten, Flussmittel außerhalb des normalen Bereichs zu entfernen, besteht darin, eine Grenze von 2 bis 3 Standardabweichungen vom mittleren Flusswert zu verwenden, die einzeln für jede Jahreszeit berechnet wird.
HINWEIS: Die Autoren raten nicht dringend, einen a priori Bereich zu verwenden, wie im Fall von Tlen I Website von Nicht-Spezialisten getan. Der statistische Ansatz ist viel zuverlässiger und objektiver. - Verwerfen von Flussmitteln, die bei Regenereignissen (oder anderen Niederschlagsarten) gemessen werden; Flussmittel löschen, wenn P bei 0,1 mm.
- Berücksichtigen Sie unangemessene Bedingungen für die Anwendung der Wirbelkovarianzmethode.
- Verwenden Sie die Ergebnisse des Stationären Tests und des gut entwickelten Turbulenztests17,19, der bei der Flussberechnung in der Software durchgeführt wird (siehe Schritt 2.4.2). Verwerfen Sie Flussdaten mit schlechter Qualität (CO 2-Flagwerte: qc_co2_flux > 1) in der allgemeinen Ergebnisdatei.
- Verwenden Sie die in der Ausgabedatei angegebene Nachtzeitanzeige (tagsüber = 0), um die in der Nacht gemessenen CO2-Flusswerte herauszufiltern. Zeichnen Sie alle nächtlichen CO2-Flusse gegen entsprechende Reibungsgeschwindigkeitswerte (u * gleichzeitig gemessen) und finden Sie den u *-Wert, bei dem diese Flussmittel nicht mehr ansteigen.
- Markieren Sie den erhaltenen Wert als Reibungsgeschwindigkeitsschwelle (u*thr), die als Maß für unzureichende Turbulenzbedingungen verwendet werden soll. Verwerfen Sie alle CO2-Flusse mit entsprechenden u* Werten < u*thr aus dem Datensatz
HINWEIS: Die vorgestellte Methode für Sie* thr Bestimmung ist die einfachste, aber auch die subjektivste. Es gibt nur wenige, präzisere, kompliziertere und zuverlässigere Methoden, um die Reibungsgeschwindigkeitsschwelle21,22 zu definieren als die einfache Sichtprüfung, die hier eingesetzt werden kann. Es muss auch erwähnt werden, dass an sehr heterogenen Standorten die Definition von u*thr möglicherweise nicht einfach ist. In solchen Fällen sind einige andere Maßnahmen zu berücksichtigen, die in der Literatur3,4gut beschrieben sind.
- Flux räumliche RepräsentativitätSbeschränkungen
- Zeichnen Sie zunächst die Windrose, die aus Messungen oder von der nächstgelegenen meteorologischen Station gewonnen wurde, auf der Karte des untersuchten Gebiets. Geben Sie an, welche Windsektoren von der endgültigen Analyse ausgeschlossen werden sollen (aufgrund einer potenziellen Belastung oder eines anderen Vegetationstyps als untersucht). Verwenden Sie eine benutzerdefinierte Methode oder nutzen Sie bereite Funktionen aus anderen mathematischen Software (z. B. windRose Funktion in R-Software).
- Nach der Schätzung der bei der Flussberechnung ausgewählten integrierten Querwind-Fußabdrücke (Schritt 2.4.3) entscheiden Sie, welches Footprint-Merkmal für die weitere Analyse verwendet wird (x_10%, x_30%, x_50%, x_70% oder x _90% Level). Zur Vereinfachung liefert jeder 30-min-Footprint-Wert Informationen darüber, wie groß der Abstand (Upwind) zum Rand des Bereichs ist, von dem das gemessene Signal (Fluss) mit einem bestimmten Wahrscheinlichkeitsgrad stammt.
HINWEIS: Hier wurden Footprint-Werte mit einer Wahrscheinlichkeit von 70 % (x_70 %) als Grenzwert gewählt, da die höchstmögliche 90%-Stufe an räumlich begrenzten Standorten dazu führt, dass sie weit über den Untersuchungsbereich hinausgeht. - Wählen Sie Windrichtungssektoren aus, die am repräsentativsten für den Messstandort sind. Tun Sie dasselbe mit den Footprint-Werten, wobei zu berücksichtigen ist, dass die am weitesten entfernte Entfernung (der höchste Footprintwert) den Interessenbereich nicht überschreiten darf (Abbildung 1). Filtern Sie Flusswertwerte heraus, die beide Anforderungen nicht erfüllen.
HINWEIS: Da sich der Windwurf Tlen I zwischen den Waldbeständen befand, die den Tornado überlebten, wurden nur zwei Bereiche der Windrichtung als repräsentativ akzeptiert: 30 bis 90° und 210 bis 300°. So wurden alle CO2-Flüsse aus dem Gebiet außerhalb dieser Sektoren ausgeschlossen. Darüber hinaus sollte der Abstand zur nächstgelegenen Belastung (verzerrender Luftstrom) oder unterschiedlichen Ökosystemtyp (mit unterschiedlicher Netto-CO2-Austauschdynamik) in jeder Richtung die maximale Fußabdruckgrenze sein, obwohl es empfohlen wird, diesen Wert zu verringern. Auf dem zentral gelegenen Standort Tlen I betrug der Abstand zu den aberhaltenden Waldrändern ca. 200 x 250 m; Daher wurde die gewählte Footprintschwelle auf höchstens 200 m festgelegt und in jede Richtung gleich angewendet.
4. Lückenfüllung und Nettoflussaufteilung in CO2-Atmung und -Absorption
- Wählen Sie die Methode für die qualitätsgeprüfte CO2-Flussspaltfüllung und -teilung in Absorption (Bruttoprimärproduktion [GPP] Flussmittel) und Atmung (Ökosystematmung [Reco] Flussmittel) aus mehreren häufig verwendeten Ansätzen, die drei grundlegende Gruppen umfassen: prozessbasierter Ansatz23,24, statistische Methoden25,26, und die Verwendung von neuronalen Netzen27,28.
ANMERKUNG: Da die ersten beiden Gruppen von Methoden (prozessbasierte und statistische Ansätze) in der wissenschaftlichen Gemeinschaft weit verbreitet sind, in der Literatur gut beschrieben und diskutiert werden und im Falle der letzteren empfohlen werden, in einem globalen Netzwerk von Flussmittel verwendet werden Messstellen (FLUXNET) und dem Projekt Integrated Carbon Observation System (ICOS) (internationale Initiativen zur Überwachung von Spurengasen, EG-Datenerfassung und Erstellung gemeinsamer Verarbeitungsprotokolle) wurde hier auf der anfang. - Als Beispiel für den prozessbasierten Ansatz folgen Sie dem Verfahren des Fluxnet Canada Research Network (FCRN23,24).
- Wählen Sie Netto-CO2-Flussmittel (NEP), die während der Nachtzeit gemessen werden, sowie alle Flusswerte außerhalb der Vegetationsperiode. Es wird davon ausgegangen, dass es sich um vollständig R-Öko-Flusse handelt.
ANMERKUNG: Um zwischen der Nacht- und der Tageszeit zu unterscheiden, kann auch der PPFD-Schwellenwert verwendet werden (z. B. PPFD < 120mol-m -2s-1 als Nachtindikator29). Um zu schätzen, wann die Vegetationsperiode beginnt und endet, wurde hier eine einfache thermische Methode verwendet: Wenn die durchschnittliche Tagesluft (bei 2 m Höhe) und die Bodentemperatur (bei 2 cm Tiefe) größer als 0 °C waren, wurde der Beginn der Vegetationssaison festgestellt und beendet, als b die Temperaturen wieder unter 0 °C gefallen. Bei verschiedenen Vegetationsarten sollte eine andere Temperaturschwelle in Bezug auf die Pflanzenphysiologie verwendet werden. Der Beginn der photosynthetischen Aktivität ist bei Nadel- und Laubbäumen, Kulturen und Gräsern unterschiedlich, was darauf beruht, dass verschiedene Vegetationsarten unterschiedlich auf die Lufttemperatur reagieren. - Anhand der Temperatur (T) von Boden, Luft oder der Kombination der beiden, bestimmen Sie die Beziehung zwischen Temperatur und Reco. Verwenden Sie eine beliebige Software, die das Anpassen nichtlinearer Funktionen an die Daten ermöglicht (z. B. Matlab-Software). Wählen Sie grundsätzlich das regressionsbeste Regressionsmodell aus (z. B. Akaike-Informationskriterium (AIC), um die Funktion zu bestimmen, die am besten zu den Daten passt); Obwohl in der Praxis eine der am häufigsten genutzten Funktionen ein Lloyd-Taylor30-Modell ist:
wobei Reco der Ökosystem-Atmungsflusswert ist,
ist die Atmungsrate in einer Referenztemperatur, Tref die Referenztemperatur, T die gemessene Luft- oder Bodentemperatur, T0 ist die Temperatur, die ein zu initiierender Schwellenwert für die biologische Aktivität ist (geschätzter Parameter des Modells), und E0 ist der Parameter, der die Aktivierungsenergie beschreibt.
HINWEIS: Im Falle des FCRN-Verfahrens werden einige dieser Variablen im Voraus gesetzt: Tref und E0, die im Falle von Tlen I Windwurfstelle gleich 283,25 K bzw. 309 K waren. Einige Studien deuten darauf hin, dass die Bodentemperatur in der flachsten Tiefe für die Reco vs. T Beziehung25gemessen wird, die für eine kurze Vegetation die beste Wahl zu sein schien, da ein großer Teil der Emission von heterogene Atmung aus Boden und Wurzeln. Anders als in hohen Wäldern spielt die autotrophe Atmung von Laub, Ästen und Boles, angetrieben durch Lufttemperatur, keine große Rolle (falls vorhanden). - Füllen Sie mit der erhaltenen Reco vs T Regressionsfunktion die Lücken in der Nacht- und Nicht-Anbausaison NEP-Flusse und berechnen Sie den Funktionswert für fehlende Flussmittel mit entsprechenden Temperaturmessungen. Beachten Sie, dass in diesen Fällen Reco = NEP und GPP = 0. Die gleiche Funktion mit Tagestemperaturen gibt tagsüber R Öko-Fluss für jeden halben Stundenwert.
- Berechnen Sie GPP-Werte nach der Gleichung: GPP = NEP + Reco für jeden verfügbaren NEP-Fluss während der Vegetationsperiode oder auf Null während der Nacht und der nicht wachsenden Jahreszeit eingestellt. Suchen Sie dann die Beziehung zwischen PPFD- und GPP-Fluss. Verwenden Sie eine beliebige Software, die das Anpassen nichtlinearer Funktionen an die Daten ermöglicht. Auch hier gibt es eine weit verbreitete Gleichung, um eine solche beziehungsrechteckige Hyperbel von Michaelis-Menten zu erreichen, hier in einer modifizierten Form26:
wobei GPP der durchschnittliche Bruttoprimärproduktionsflusswert von 30 min ist, ist die Quantenausbeute des Ökosystems und GPPopt die GPP-Flussrate bei einer optimalen PPFD (2000 -mol-m-2s-1).
ANMERKUNG: Verwenden Sie die erhaltene Funktion, um GPP-Werte für gemessene NEP-Flusswerte tagsüber, in der Vegetationsperiode zu modellieren. - Verwenden Sie am Ende des gesamten Verfahrens modellierte GPP- und R-Ökoflüsse, um fehlende NEP-Flusswerte wie folgt zu berechnen: NEP = GPP - Reco.
HINWEIS: Einige kleine Lücken (einige fehlende Flussmittel) können mit einer einfachen linearen Regressionsfunktion, einem beweglichen Mittelwertansatz oder anderen statistischen Methoden vor der Eingabe der Modelle gefüllt werden. Die Lücken in Denkvariablen (Temperatur, Sonneneinstrahlung) müssen vor dem Betreten der Modelle geschlossen werden. Daher ist die multiplizierte Messung der gleichen oder Ersatzvariablen nützlich, um große Lücken in Datensätzen zu vermeiden.
- Wählen Sie Netto-CO2-Flussmittel (NEP), die während der Nachtzeit gemessen werden, sowie alle Flusswerte außerhalb der Vegetationsperiode. Es wird davon ausgegangen, dass es sich um vollständig R-Öko-Flusse handelt.
- Um die Lücken nicht nur im CO2, sondern auch in anderen EC-Flusswerten (sinnvolle und latente Wärme) sowie in den wichtigen meteorologischen Elementen zu füllen, verwenden Sie das Online-Tool ReddyProc25 (auch als R-Softwarepaket erhältlich).
HINWEIS: Im Gegensatz zur vorherigen Methode werden zuerst fehlende NEP-Flusse gefüllt und dann wird jeder halbe Stunde Nettofluss in GPP und Recoaufgeteilt. Der Typ des Modells, das für die Partitionierung von R-Öko-Flussen verwendet wird, ist derselbe wie in der vorherigen Technik.- Um ein Online-Tool zu verwenden, bereiten Sie Daten nach den Regeln in Bezug auf ihr Format und ihre Reihenfolge vor. Die benötigten Daten umfassen 30-min-Durchschnitte von Netto-CO2 (NEP), latente Wärme (LE) und sinnvolle Wärme (H)-Ströme, Wasserdampfdefizit (VPD) und Reibungsgeschwindigkeitswerte, die mit EG-Messungen berechnet wurden, sowie Boden- oder Lufttemperatur (T-Luft oder T-Boden,eingehende Sonneneinstrahlung (Rg) und relative Luftfeuchte (RH).
- Gehen Sie auf die Seite Verarbeitung und füllen Sie alle erforderlichen Informationen zum Messort (Name, Koordinaten, Höhe, Zeitzone).
- Entscheiden Sie, ob u* Schwelle zusätzlich mit dieser Software zu schätzen (siehe Schritte 3.6.2 und 3.6.3), welche Methode zu verwenden und für welchen Zeitraum: das ganze Jahr oder separat für jede Saison.
- Wählen Sie eine oder beide Methoden für die Netzflusspartitionierung (Nacht-25 oder tagtags basiert31) und führen Sie den Berechnungsprozess aus.
- Vergleichen Sie die erzielten Ergebnisse in Bezug auf beide Methodenleistungen bei der NEP-Flusslückenfüllung und -Partitionierung, indem Sie künstliche Lücken in NEP erstellen, und überprüfen Sie, wie genau sie modelliert wurden.
- Berechnen Sie die tages-, Monats- und Jahressummen aller lückengefüllten CO2-Flüsse einschließlich NEP, GPP und Reco, auf deren Grundlage die Veränderungen der Funktionsweise des Ökosystems zurückverfolgt werden können. Verwenden Sie die eigene Funktion der Benutzer, um diese Flussmittel separat in die gewählte Zeitdomäne zu aggregieren und alle Werte zusammenzufassen.
HINWEIS: An der Windwurfstelle Tlen I können jährliche Summen sowie monatliche Ströme nicht nur die Netto-CO2-Austauschdynamik, sondern auch die Wiederherstellungsmechanismen des bewirtschafteten Waldes nach der Störung analysieren.
ist die Atmungsrate in einer Referenztemperatur, Tref die Referenztemperatur, T die gemessene Luft- oder Bodentemperatur, T0 ist die Temperatur, die ein zu initiierender Schwellenwert für die biologische Aktivität ist (geschätzter Parameter des Modells), und E0 ist der Parameter, der die Aktivierungsenergie beschreibt.
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Representative Results
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 Windrosendiagramm mit einer gewählten Windrichtung und einer maximal akzeptablen Ausdehnung des Als schattierten Polygonen markierten Fußabdrucks auf dem Hintergrund des Satellitenbildes vom Standort Tlen I als visuelle Darstellung des Analyseergebnisses ( Abbildung 1).
Prinzipiell werden Windgeschwindigkeit und Spurengaskonzentration durch das Wirbelkovarianzsystem gemessen, das dann zur Berechnung von NettoCO2-Austauschflüssen (NEP) verwendet wird. Rohe Flusswerte müssen dann nachbearbeitet werden, um Fehler und Daten geringer Qualität auszuschließen. Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse eines Filterverfahrens am Beispiel eines Jahres von NEP-Flussmessungen von der Windwurfstelle Tlen I.
Es sei darauf hingewiesen, dass das vorgeschlagene Verfahren zur Überprüfung und Sicherung der Flussqualität zu erheblichen Datenverlusten geführt hat, in viel größerem Maße als in typischen EG-Standorten. Die Verringerung auf akzeptable NEP-Flusse im Vergleich zur vorherigen Stufe war in den Abschnitten 3.6 und 3.7 ähnlich, während die kleinste Anzahl von Datenpunkten aufgrund ungünstiger Wetterbedingungen und Funktionsstörungen von Instrumenten verworfen wurde (Abschnitt 3.5). Der letzte Teil des Qualitätssicherungsprotokolls (ausgewählte Fußabdruck- und Windrichtungssektoren) ergab eine endgültige Datenabdeckung von nur 1/3 aller von der EG gemessenen Roh-NEP-Flussmengen. Im Allgemeinen ist Schritt 3.7 hier der wichtigste Teil des Filterverfahrens, um zu versichern, dass erhaltene Flussmittel den Gasaustausch des untersuchten Bereichs darstellen.
Hochwertige NEP-Flussmittel können schließlich verwendet werden, um Tages-, Monats-, Saison- oder Jahressummen abzuleiten. Sie müssen jedoch vor jeder Aktion lückenweise gefüllt werden. In Abbildung 3wird die Beziehung zwischen NEP-Flussflüssen, die mit zwei verschiedenen Ansätzen gefüllt wurden: prozessbasiert (FCRN) und statistische Methode (REddyProc), dargestellt.
Die vorgestellte einfache lineare Regression legt nahe, dass beide Techniken im Allgemeinen vergleichbar sind (statistisch signifikante Regression mit r2=0,89) und somit für die Lückenfüllung von NEP-Flussen verwendet werden können, was zufriedenstellend ähnliche Ergebnisse liefert (die Regression Linienneigung gleich 0,90, was nur 10% Unterschied zwischen lückengefüllten Flussflüssen im Durchschnitt). Bei nur NettoCO2-Flusswerten kann nichts über individuelle Auswirkungen von Absorptions- (GPP) und Atmungsprozessen (Reco) gesagt werden. Daher wurde neben der Lückenfüllung auch das sogenannte Flusstrennverfahren mit den gleichen beiden Methoden realisiert. Die täglichen Gesamtwerte der R-Ökoflüsse werden in Abbildung 4 als Beispiele für zwei verschiedene Methodenleistungen bei der Teilung von NettoCO2-Flussen dargestellt.
Die Ergebnisse der R-Ökofluss-Berechnung mit zwei verschiedenen Methoden, obwohl in beiden Fällen das gleiche Modell von Reco vs T verwendet wurde, sind Beispiele für eine mögliche Quelle fehlerhafter Schlussfolgerungen in Bezug auf einen Beitrag zur Atmung. den gesamten NEP-Flussmengen oder damit den Absorptionsraten (GPP-Flusse). Es kann jedoch nicht eindeutig angegeben werden, welche Methode zuverlässigere Ergebnisse ohne zusätzliche Analysen auf diese Weise liefert. Was unserer Meinung nach getan werden kann, ist entweder gemessene nächtliche Flussmittel mit modellierten R-Ökoflüssen zu vergleichen, um die Unterschiede zu betrachten, oder geschätzte Werte mit Atemströmen zu vergleichen, die direkt mit anderen Techniken gemessen werden (z. B. Kammern). Die Unterschiede in den modellierten R-Öko-Flussen zwischen den vorgestellten Ansätzen können darauf entstehen, dass in der einen Methode einige Parameter als konstant festgelegt werden, während sie in der anderen Methode geschätzt werden. Auch die, die sich in beiden Fällen nicht ändern (als Referenztemperatur - Tref), waren im gegebenen Beispiel nicht identisch (in FCRN Tref= 283.25 K, während in REddyProc Tref= 288.15 K). Es wurde absichtlich getan, um potenziellen Nutzern bewusst zu machen, dass selbst solche geringfügigen Änderungen zu erheblichen Diskrepanzen führen können. Das andere Problem ist, dass ein statistischer Ansatz nicht in der Lage ist, große Lücken erfolgreich zu schließen, was im Falle des dargestellten nicht idealen EG-Standorts, wo nach Filter- und Qualitätsüberprüfungsverfahren nur noch ein/drei gemessene Flussmittel übrig waren, Anlass zur Sorge geben könnte. Wir versuchen nicht, mit dieser Analyse eine "bessere Lösung" zu bieten, sondern stellen Optionen vor. In diesem Fall muss eine gründlichere Untersuchung durchgeführt werden.
Abbildung 1: Windrosengrundstück auf dem Hintergrund des Tlen I-Geländes. Die blau schattierten Polygone stellen die gewählte Windrichtung dar, und rot schattierte Polygone in ihnen zeigen Sektoren eines Kreises mit einem Radius von 200 m (maximal akzeptable Sehne des Flussfußabdrucks). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Der Verlauf von 30-min-gemittelten NEP-Flussmengen bei jedem Schritt der Datenfilterung (im Protokoll beschrieben) auf dem Hintergrund unverarbeiteter, unformatierter NEP-Flusswerte. Die relative Anzahl der Datenpunkte, die nach jeder Phase verbleiben, wird oben in jedem Diagramm angegeben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Die Beziehung zwischen NEP-Flussflüssen, Lücke gefüllt mit einer prozessbasierten Methode (FCRN) und einem statistischen Ansatz (REddyProc Online-Tool), gemessen an der Windwurfstelle Tlen I. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Die tägliche Ökosystematmung (Reco) entgliedert die Austeilungssummen, die mit einer prozessbasierten Methode (FCRN) und einem statistischen Ansatz (REddyProc Online-Tool) am Windwurfstandort Tlen I durchgeführt werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
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 Ökosysteme, in denen das Design und die folgende Datenverarbeitung nach Standardlösungen (z. B. FLUXNET- oder ICOS-Netzwerkprotokollen) durchgeführt werden können. ). Obwohl solche anspruchsvollen und oft räumlich begrenzten Flächen wie Windwurfplätze geplant und mit besonderer Vorsicht durchgeführt werden sollten. Langfristig würden Messungen an dynamisch wachsenden Ökosystemen zudem eine Änderung der EG-Systemhöhe in der Zukunft sowie neue Vegetationswachstum und -entwicklung erfordern. Daher empfehlen wir die Verwendung einer einzigartigen Basiskonstruktion, einem innovativen "Miniturm" mit einem elektrisch betriebenen, ausziehbaren Mast. Diese technische Lösung ermöglicht es, eine der grundlegenden Anforderungen des Verfahrens selbst zu erfüllen: die Platzierung des EG-Systems in einer gemischten Grenzschicht, ohne dass eine Rekonstruktion oder die Demontage von Instrumenten erforderlich ist, was zu weiteren Datenverlusten bei bereits erschöpften Datenführen führen kann. Dataset. Darüber hinaus erleichtert der leicht bewegliche elektrische Mast auch die Wartung der Sensoren am Standort erheblich (z.B. wenn man den optischen Weg des Analysators reinigen muss, kann das gesamte EC-System auf die gewünschte, bequeme Höhe gebracht werden). Es ist jedoch zu beachten, dass die Erhöhung der Platzierung des Instruments Auswirkungen auf die Ausdehnung eines Einflussbereichs (Flussfußabdruck) haben wird, was dazu führen wird, dass mehr Daten aufgrund eines unzureichenden Flussfußabdrucks ausgeschlossen werden. Im schlimmsten Fall wären die gemessenen Flussmittel wahrscheinlich nicht mehr repräsentativ für das untersuchte Gebiet oder sogar die ANFORDERUNGEN an die EG-Methode würden nicht mehr erfüllt.
Die im Protokoll beschriebene Lage in einem relativ homogenen und flachen Gelände ist die am meisten gewünschte Option. Unter solchen Bedingungen werden Advektionsprobleme in der Regel vernachlässigt. Befindet sich das Interessengebiet jedoch auf einem hügeligen Gelände, so muss es bei der gemessenen Flussanalyse berücksichtigt werden, was fortgeschrittenere Kenntnisse impliziert.
Die vorgeschlagene Software (EddyPro) für die Flussberechnung aus den rohen Hochfrequenzdaten ist ein kostenloses, komplexes und benutzerfreundliches Tool, das für die Berechnung von EC-Fluss entwickelt wurde. Alle eingebetteten Gleichungen und Korrekturen haben den wissenschaftlichen Hintergrund und entsprechende Verweise auf die verwendeten Methoden sind15angegeben. Darüber hinaus wird es von Fachwissenschaftlern ständig angepasst und weiterentwickelt, um den aktuellsten Wissensstand umzusetzen.
Sobald zeitlich gemittelte CO2-Flusse berechnet sind, müssen sie sorgfältig verarbeitet werden, um ihre hohe Qualität und Repräsentativität zu gewährleisten. Eine der prosaischen Fehlerquellen sind Störungen im Gerätebetrieb: Niederschlag, Pollen, Schmutz, Eisablagerung auf Gasanalysatorfenster (Open-Path-Analysator) oder im Einlassrohr (geschlossene und geschlossene Wegeanalysatoren), dieCO2 beeinflussen Flussmessungen. Solche Ereignisse können auch die Windgeschwindigkeitsmessung bis zu einem gewissen Grad stören (Schallanemometer). So wurden in diesem Protokoll nachfolgende Stufen der NEP-Flussfilterung vorgestellt, in denen der letzte Schritt für die nicht idealen, räumlich begrenzten Standorte von größter Bedeutung ist. Auch wenn die Anzahl der Datenpunkte, nach Berücksichtigung der repräsentativen WindrichtungSektoren und des Fußabdrucks, sehr gering war (Abbildung 2), ist zu bedenken, dass es entscheidend ist, keine "falschen" Signale aufzunehmen, die aus anderen Bereichen stammen als die, die wir interessiert sind. Im Gegensatz zu den ersten beiden Schritten wird das oben genannte Flussfilterverfahren (hauptsächlich Windrichtungseinschränkungen) in EG-Waldgebieten nicht häufig verwendet, da der ungestörte Standort in der Regel so gewählt wird, dass die beste repräsentative Fläche gewährleistet ist. möglich. Windwurf-Standorte hingegen erscheinen als Folge unvorhersehbarer Phänomene; Daher müssen einige Kompromisse gemacht werden, um EG-Messungen an diesen wissenschaftlich wertvollen Bereichen durchzuführen. Anders als in dieser Studie können vorgeschlagene Footprint-Grenzwerte unterschiedliche Werte in verschiedenen Windrichtungen aufweisen. Es ist auch erwähnenswert, dass es andere Arten von Flussrepräsentativität Schätzungen als die hier vorgestellten (z. B. 2D-Fußabdruck-Klimaansatz32, die kostenlos online zu verwenden ist und gibt komplexere Ergebnisse). An solch komplizierten Standorten kann dieser Ansatz noch hilfreicher bei der Festlegung des Bereichs mit dem größten Einfluss auf die gemessenen Flussmittel sein. Um jedoch die Nachbearbeitung von Flussflüssen zu vereinfachen, die mit ausgewählter kommerzieller Software berechnet wurden, wurde beschlossen, nur Informationen zu verwenden, die in den Ausgabedateien angegeben sind.
Der schwächste Punkt des Protokolls ist die Lückenfüllung und die Flusspartitionierungsbeschreibung. Die beiden vorgeschlagenen Methoden wurden zuvor von anderen Spezialisten individuell entwickelt und hier nur als vorgeschlagene Techniken umgesetzt. Darüber hinaus erfordert die FCRN-Methode viel mehr Beitrag vom Benutzer, da es kein bereites Tool gibt, um dieses Verfahren auszuführen. Die vergleichende Analyse der entsprechenden Lückengefüllten (NEP) und der partitionierten Flussmittel (GPP und Reco), die bei potenziellen Nutzern von größerem Interesse gewesen sein könnten, erfordert eine eingehendere Untersuchung, um voll anwendbar zu sein ( Abbildung 3 und Abbildung 4).
Sowohl hinsichtlich der technischen Details der EG-Messungen als auch hinsichtlich der Datenverarbeitung, die in diesem Protokoll vorgestellt werden, gibt es noch Verbesserungsbedarf. Eine mögliche Möglichkeit ist die Verschmelzung von verarbeiteter und statistischer Methode zur Datenlückenfüllung und -partitionierung (z.B. ReddyProc-Methode zur Lückenfüllung und dann FCRN für Flusspartitionierung), nach individuellen Bedürfnissen oder einfach der Verwendung von neuronalen Netzwerken Ansatz.
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Disclosures
Die Autoren möchten erwähnen, dass das vorgelegte Protokoll vor allem eine Vereinfachung eines bekannten und weithin beschriebenen Themas im Zusammenhang mit EG-Messungen darstellt. Bei Bedarf wurden alle ausreichenden Referenzen angegeben. Unser Hauptziel war es, den Einsatz dieser Methode sowie unseren neuen und einzigartigen, verstellbaren, elektrisch betriebenen Mast für EC-Messungen bei Nicht-Spezialisten mit einem Schritt-für-Schritt-Ansatz zu fördern. Wir hoffen, dass es leichter zu realisieren ist und stellen uns vor, dass die EG-Technik auch in untypischen, räumlich begrenzten Ökosystemen zufriedenstellend angewendet werden kann, so sehr die strengen Anforderungen auch erfüllt werden müssen. Da das bereits breite Fachwissen über die Theorie und Methodik der EG bereits weit gefasst ist, kann das vorgestellte Protokoll möglicherweise auch eine Ermutigung zum weiteren Erwerb von Wissen zu diesem Thema sein.
Acknowledgments
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.
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. |
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