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LI-COR EC應(yīng)用案例 |【GBC】渦度協(xié)方差通量觀測(cè)技

發(fā)布時(shí)間:2021/6/3 10:39:58      

原文以 Global Trends in Air-Water CO2 Exchange Over Seagrass Meadows Revealed by Atmospheric Eddy Covariance 為標(biāo)題發(fā)表在Global Biogeochemical Cycles(IF=4.608)上。
作者 | Bryce Van Dam, Pierre Polsenaere, Aylin Barreras-Apodaca等 
翻譯 | 子毅

海草床是海岸帶藍(lán)碳(Blue Carbon)的組成部分,它有望在緩解人類(lèi)活動(dòng)碳排放方面起到重要作用。目前,在全球范圍內(nèi),一些海岸帶生態(tài)系統(tǒng)得到了科學(xué)管理,從而增加了藍(lán)碳儲(chǔ)量。

然而,人們對(duì)于藍(lán)碳儲(chǔ)量通量的規(guī)模,以及它和大氣-水體CO2通量FCO2 的相互作用,還了解不多。

為此,研究者們?cè)谌蚍秶鷥?nèi),選擇有代表性的藍(lán)碳通量觀測(cè)站點(diǎn),使用渦度協(xié)方差方法,綜合分析了海草床的CO2通量FCO2

4個(gè)站點(diǎn)收集的是季節(jié)性數(shù)據(jù)(其中2個(gè)站點(diǎn)表現(xiàn)為CO2的源),平均FCO2 大約是全球平均藍(lán)碳儲(chǔ)存速率的44%-115%。

其余的站點(diǎn),CO2凈吸收速率大約是藍(lán)碳平均儲(chǔ)存速率的101%-888%。

小波相干分析顯示,F(xiàn)CO2 主要和溫度、風(fēng)、潮汐密切相關(guān)。需要特別指出的是,在全球尺度上,潮汐力是FCO2 的重要驅(qū)動(dòng)力,它將橫向碳交換、底部驅(qū)動(dòng)湍流以及孔隙水抽吸三個(gè)過(guò)程結(jié)合在了一起。

對(duì)開(kāi)闊海域來(lái)說(shuō),大洋表面阻力系數(shù)總是高于預(yù)測(cè)值,這支持了觀測(cè)到的淺海水域氣體傳輸過(guò)程普遍增強(qiáng)的現(xiàn)象。

研究者指出,需要使用綜合性更強(qiáng)的方法來(lái)評(píng)估藍(lán)碳:不僅要考慮有機(jī)碳儲(chǔ)量,還需要考慮大氣-水體CO2交換量FCO2,以及與之相關(guān)的復(fù)雜生物地球化學(xué)過(guò)程及物理驅(qū)動(dòng)因子。

LI-COR渦度協(xié)方差通量觀測(cè)系統(tǒng)在本研究中的作用

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南佛羅里達(dá)海草床LI-COR渦度協(xié)方差通量觀測(cè)系統(tǒng) 圖源/Van Dam B, Fourqurean J, Smyth A. Alkalinity and CO2 fluxes in a tropical seagrass meadow[C]//EGU General Assembly Conference Abstracts. 2020: 2861.

渦度協(xié)方差通量觀測(cè)系統(tǒng)由CO2分析儀和三維超聲風(fēng)速儀組成。其中的CO2分析儀均采用LI-COR公司研發(fā)的設(shè)備。根據(jù)站點(diǎn)的實(shí)際情況使用不同類(lèi)型的分析儀:有開(kāi)路式的LI-7500系列CO2/H2O分析儀,還有閉路式的LI-7200系列CO2/H2O分析儀。具體信息請(qǐng)參見(jiàn)下表。

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數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

所有數(shù)據(jù)均使用EddyPro軟件(LI-COR Inc., Lincoln, USA)處理。第一,QC分級(jí)大于1的數(shù)據(jù)全部剔除,這部分占全部數(shù)據(jù)集的11.6%。QC標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)信息可參閱Mauder和Foken 2004年文獻(xiàn)中的內(nèi)容。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),這種QC將穩(wěn)態(tài)和湍流發(fā)展測(cè)試結(jié)果整合為一個(gè)QC Flag,如果大約1,就被認(rèn)為是數(shù)據(jù)質(zhì)量低。第二,確認(rèn)數(shù)據(jù)是否受到了陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響,將受到影響的數(shù)據(jù)剔除。第三,將u*/Umean超過(guò)0.139(即u*/Umean平均值0.0924的1.5倍)的FCO2 剔除。第四,超過(guò)平均值3倍標(biāo)準(zhǔn)差的FCO2 被剔除,這部分占剩余數(shù)據(jù)的1.3%。最終,有25.5%的數(shù)據(jù)被剔除。

能量平衡分析

能量平衡分析在陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳水交換研究中非常重要。因?yàn)槟芰苛鳎‥nergy Flow)與局地水分收支,以及與之相關(guān)的生態(tài)過(guò)程緊密關(guān)聯(lián)。在一個(gè)理想系統(tǒng)中,輸入的能量—太陽(yáng)凈輻射Rn可分為兩部分,潛熱通量LE和感熱通量H,Rn:LE+H應(yīng)該為1:1。任何偏離都意味著某種能量通量的缺失。例如某個(gè)變量,如溫度的平流輸送,導(dǎo)致LE+H或大于或小于Rn。另外,能量有可能儲(chǔ)存在水中。在本研究中,研究者們量化了水的熱儲(chǔ)存項(xiàng):基于水深、水比熱、密度及水溫變化(Van Dam等,2020)。H+LE+J 和Rn 的關(guān)系偏離1:1,可作為水分發(fā)生橫向交換的指標(biāo)。

原文中的主要數(shù)據(jù)圖

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