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

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，研究者們在全球范圍內(nèi)，選擇有代表性的藍(lán)碳通量觀測站點(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)過程結(jié)合在了一起。

對開闊海域來說，大洋表面阻力系數(shù)總是高于預(yù)測值，這支持了觀測到的淺海水域氣體傳輸過程普遍增強(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)過程及物理驅(qū)動(dòng)因子。

LI-COR渦度協(xié)方差通量觀測系統(tǒng)在本研究中的作用

南佛羅里達(dá)海草床LI-COR渦度協(xié)方差通量觀測系統(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)際情況使用不同類型的分析儀：有開路式的LI-7500系列CO₂/H₂O分析儀，還有閉路式的LI-7200系列CO₂/H₂O分析儀。具體信息請參見下表。

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。簡單來說，這種QC將穩(wěn)態(tài)和湍流發(fā)展測試結(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0.139（即u*/Umean平均值0.0924的1.5倍）的FCO₂ 剔除。第四，超過平均值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)過程緊密關(guān)聯(lián)。在一個(gè)理想系統(tǒng)中，輸入的能量—太陽凈輻射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