Mediciones de flujos de CO2 en sitios de covarianza eddy no ideales
Summary
El protocolo presentado utiliza el método de covarianza de remolino en lugares no típicos, aplicable a todo tipo de ecosistemas de dosel corto con área limitada, en un sitio de lanzamiento de viento actualmente reforestado en Polonia. Se describen los detalles de la medición de las reglas de configuración del sitio, los cálculos de flujo y el control de calidad, y el análisis de resultados finales.
Abstract
Este protocolo es un ejemplo de la utilización de la técnica de covarianza eddy (EC) para investigar los flujos de CO2 netos promediados espacial y temporalmente (producción de ecosistemas netos, NEP), en ecosistemas no típicos, en una zona de lanzamiento de viento actualmente reforestada en Polonia. Después de un evento de tornado, se creó un “corredor” relativamente estrecho dentro de los establos forestales supervivientes, lo que complica este tipo de experimentos. La aplicación de otras técnicas de medición, como el método de cámara, es aún más difícil en estas circunstancias, ya que especialmente al principio, los árboles caídos y en general una gran heterogeneidad del sitio proporcionan una plataforma difícil de realizar mediciones de flujo y luego para obtener los resultados obtenidos correctamente. En comparación con las mediciones estándar de las CE realizadas en bosques vírgenes, el caso de las zonas de lanzamiento de viento requiere una consideración especial cuando se trata de la ubicación del sitio y el análisis de datos con el fin de garantizar su representatividad. Por lo tanto, aquí presentamos un protocolo de mediciones de flujo CO2 continuas y en tiempo real en un sitio EC dinámicamente cambiante y no ideal, que incluye (1) ubicación del sitio y configuración de instrumentación, (2) computación de flujo, (3) filtrado de datos riguroso y control de calidad, y (4) llenado de huecos y flujos netos particionados en respiración y absorción de CO2. La principal ventaja de la metodología descrita es que proporciona una descripción detallada de la configuración experimental y el rendimiento de la medición desde cero, que se puede aplicar a otros ecosistemas espacialmente limitados. También se puede ver como una lista de recomendaciones sobre cómo lidiar con el funcionamiento no convencional del sitio, proporcionando una descripción para los no especialistas. Los valores de media hora verificada por calidad, llenado de huecos y media hora obtenidos, así como los flujos de absorción y respiración, se pueden agregar finalmente en totales diarios, mensuales, estacionales o anuales.
Introduction
Hoy en día, la técnica más utilizada en losestudios de intercambio de dióxido de carbono del ecosistema atmósfera-tierra (CO 2) es la técnica de covarianza (EC)1. El método de las CE se ha utilizado durante décadas, y ya se han publicado descripciones exhaustivas de las cuestiones relativas a todos los aspectos metodológicos, técnicos y prácticos2,3,4. En comparación con otras técnicas utilizadas para fines similares, el método CE permite obtener los flujos de CO2 netos promediados espacial y temporalmente a partir de mediciones automáticas de puntos que tienen en cuenta la contribución de todos los elementos en ecosistemas, en lugar de mediciones manuales laboriosas (por ejemplo, técnicas de cámara) o el requisito de tomar muchas muestras1.
Entre los ecosistemas terrestres, los bosques desempeñan el papel más importante en el ciclo C y muchas actividades científicas se han centrado en investigar su ciclo de CO2, el almacenamiento de carbono en la biomasa leñosa y sus relaciones mutuas con las condiciones climáticas cambiantes tanto la medición directa como el modelado5. Muchos sitios de la CE, incluyendo uno de los registros de flujo más largos6, se establecieron por encima de diferentes tipos de bosques7. Por lo general, la ubicación del sitio fue cuidadosamente elegida antes de que comenzaran las mediciones, con el objetivo de la zona más homogénea y más grande posible. Aunque, en los sitios forestales perturbados, como los lanzamientos de viento, el número de estaciones de medición de las CE sigue siendo insuficiente8,9,10. Una razón es las dificultades logísticas para medir la configuración del sitio y, sobre todo, un pequeño número de lugares que aparecen repentinamente. Con el fin de obtener los resultados más informativos en las zonas de lanzamiento de viento, es crucial comenzar tan pronto como sea posible después de un evento incidental de este tipo, que puede causar problemas adicionales. A diferencia de los sitios forestales vírgenes, las mediciones de las CE en los sitios de lanzamiento de viento son más difíciles y pueden desviarse de los procedimientos ya establecidos3. Dado que algunos fenómenos de viento extremo crean áreas espacialmente limitadas, es necesario una ubicación de estación de medición reflexiva y un procesamiento cuidadoso de los datos para obtener tantos valores de flujo fiables como sea posible. Se han producido dificultades similares en la aplicación del método CE (por ejemplo, estudios de fin realizados por encima de un lago largo pero estrecho) donde los flujos de CO2 medidos requerían un filtrado riguroso de datos11,12 para asegurar su representatividad espacial.
Por lo tanto, el protocolo presentado es un ejemplo del uso del método de las CE en lugares no típicos, diseñado no sólo para las zonas de lanzamiento de viento, sino para todos los demás tipos de vegetación corta con la superficie limitada (por ejemplo, tierras de cultivo situadas entre tipos de vegetación más altos). La mayor ventaja de la metodología propuesta es una descripción general de procedimientos complicados, que requieren conocimientos avanzados, desde la elección de la ubicación del sitio y la instrumentación establecida hasta el resultado final: un conjunto de datos completo de CO2 de alta calidad Flujos. La novedad técnica del protocolo de medición es el uso de una construcción de base única para la colocación del sistema EC (por ejemplo, trípode con una altura definida que es una “minitorre” con un mástil ajustable, accionado eléctricamente, lo que permite cambiar la altura final de sensores de acuerdo a las necesidades individuales).
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo presenta el método de covarianza eddy (EC) que se utilizará en sitios no ideales (aquí un sitio de lanzamiento de viento reforestado): ubicación del sitio y configuración de la infraestructura de medición, cálculo y postprocesamiento de flujos de CO2 netos, así como algunos problemas relacionados con procedimientos de llenado de huecos y tabiques de flujos.
A pesar de que la técnica DE la CE se utiliza comúnmente en muchos sitios de medición en todo el mund…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por la financiación de la Dirección General de los Bosques Estatales, Varsovia, Polonia (proyecto LAS, No OR-2717/27/11). Nos gustaría expresar nuestro agradecimiento a todo el grupo de investigación del Departamento de Meteorología de la Universidad de Ciencias de la Vida de Poznan, Polonia, involucrado en esta implementación del protocolo y su ayuda durante la creación de su versión visual.
Materials
| 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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