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

原文以 Global Trends in Air-Water CO₂ Exchange Over Seagrass Meadows Revealed by Atmospheric Eddy Covariance 為標題發(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，一些海岸帶生態(tài)系統得到了科學(xué)管理，從而增加了藍碳儲量。

然而，人們對于藍碳儲量通量的規模，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，選擇有代表性的藍碳通量觀(guān)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)收集的是季節性數據（其中2個(gè)站點(diǎn)表現為CO₂的源），平均FCO₂ 大約是全球平均藍碳儲存速率的44%-115%。

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

小波相干分析顯示，FCO₂ 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 的重要驅動(dòng)力，它將橫向碳交換、底部驅動(dòng)湍流以及孔隙水抽吸三個(gè)過(guò)程結合在了一起。

對開(kāi)闊海域來(lái)說(shuō)，大洋表面阻力系數總是高于預測值，這支持了觀(guān)測到的淺海水域氣體傳輸過(guò)程普遍增強的現象。

研究者指出，需要使用綜合性更強的方法來(lái)評估藍碳：不僅要考慮有機碳儲量，還需要考慮大氣-水體CO₂交換量FCO₂，以及與之相關(guān)的復雜生物地球化學(xué)過(guò)程及物理驅動(dòng)因子。

LI-COR渦度協(xié)方差通量觀(guān)測系統在本研究中的作用

南佛羅里達海草床LI-COR渦度協(xié)方差通量觀(guān)測系統 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(guān)測系統由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)的設備。根據站點(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。具體信息請參見(jiàn)下表。

數據質(zhì)量控制

所有數據均使用EddyPro軟件（LI-COR Inc., Lincoln, USA）處理。第一，QC分級大于1的數據全部剔除，這部分占全部數據集的11.6%。QC標準詳細信息可參閱Mauder和Foken 2004年文獻中的內容。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這種QC將穩態(tài)和湍流發(fā)展測試結果整合為一個(gè)QC Flag，如果大約1，就被認為是數據質(zhì)量低。第二，確認數據是否受到了陸地生態(tài)系統的影響，將受到影響的數據剔除。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倍標準差的FCO₂ 被剔除，這部分占剩余數據的1.3%。最終，有25.5%的數據被剔除。

能量平衡分析

能量平衡分析在陸地生態(tài)系統的碳水交換研究中非常重要。因為能量流（Energy 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應該為1:1。任何偏離都意味著(zhù)某種能量通量的缺失。例如某個(gè)變量，如溫度的平流輸送，導致LE+H或大于或小于Rn。另外，能量有可能儲存在水中。在本研究中，研究者們量化了水的熱儲存項：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。

原文中的主要數據圖