Ideal olmayan Eddy Kovaryans sitelerinde CO2 fluxes ölçümleri
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).
Protocol
Representative Results
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 stan…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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. , (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. , (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. , (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 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., Lee, X., et al. Post-field quality control. Handbook of Micrometeorology: A Guide for Surface Flux Measurements. , (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).
