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EddyPro®:全能型涡度协方差通量数据处理软件——以高山草原生态系统碳通量数据分析为例

来源:北京力高泰科技有限公司 发布时间:2020-07-23 10:10:10 点击数:64 使用提问 咨询价格

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源/https://essd.copernicus.org

最近,中科院青藏高原研究所、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心、中国科学院大学的学者和德国布伦瑞克工业大学、GFZ德国地球科学研究中心以及LI-COR公司研究人员,合作在《Earth system Science Data》期刊上撰文,发布了全球首批西藏中部高山草原生态系统长期碳通量数据集。数据表明:从2005-2019年,西藏高山草原生态系统表现为“微弱”的碳吸收。这表明了该生态系统的脆弱性:在全球变暖背景下,该生态系统极易转变为“碳源”。

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西藏高山草原生态系统的面积约为800,000km2,土壤表层30cm内包含3.3%的土壤有机碳。仅西藏自治区(472,037km2)的总有机碳含量就高达1.93PgC 。这一地区升温幅度是全球平均水平的两到三倍,这会导致土壤呼吸速率的增强,土壤碳库存在损失的风险。图源/wikipedia.org

得到这一结论并不容易。这背后是对海量通量原始数据的精准、可靠分析。

LI-COR公司研发的EddyPro®软件在本项研究中发挥了重要作用。

研究者对涡度协方差通量数据做了严密的数据分析,包括:

原始数据处理 Raw data processing

去除异常值、坐标旋转、除趋势分析、数据质量分级。10Hz的原始数据通过EddyPro®计算出每30mins的通量数据。

数据漂移修正Drift correction

由于气体分析仪在光源、镜头、滤光片、检测器等方面存在细微差异,吸收率和气体密度之间的关系并不完全符合理论值,需对每个气体分析仪单独校准。吸收率偏移值的时间序列作为动态元数据导入EddyPro®软件。

数据质量过滤Quality filtering

只有在特定条件下,涡度协方差方法获得的数据才是有效的。因此在EddyPro®对数据进行严格分类过滤:Quality Flags。

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EddyPro®是一款功能强大的涡度协方差数据处理软件:可计算得到CO2、H2O、CH4、能量通量。EddyPro®可随SmartFlux®安装在野外涡度监测系统中,实时处理原始数据;EddyPro®还可安装在个人电脑上,研究者可选择各种处理方法对原始数据做深度分析。

风场分析Wind field analysis

样地周边建筑物或其他基础设施的存在,会影响通量值的有效性。因此,研究者们分析了该位点的风场分布。此外,使用2001年的Kormann和Meixner模型,研究者计算了累积量来估算通量测量的源面积。使用FREddyPro R计算累积量(Cummulative Footprints)并成图。EddyPro软件可计算上风向通量贡献的距离。

传感器自加热数据修正Sensor self heating correction

当使用开路IRGA分析仪时,测量光路上温度和水汽浓度的波动会引发空气密度的变化,此时有必要对测量数据进行订正,方法通常使用WPL。另外,在寒冷条件下,例如当温度低于-10℃,由于在测量光路上发生的传导、对流和辐射热交换过程,会导致最终CO2的通量表现为吸收。这一现象与仪器内部电子元件在工作时的发热以及开路测量不同部位接收到的太阳辐射不同有关。虽然这种Heating Correction的量级很小,比WPL订正小10~50倍,但如果长期处在低温环境下,足以导致对生态系统碳吸收的高估。针对这个问题,LI-COR科学家Burba等(2008)在EddyPro®软件中,开发出了一整套完整的订正解决方案。

数据插补Gap filling

为了让时间序列上CO2通量数据是完整的,研究者使用边际分布采样(MDS)方法,在ReddyProc R软件包里,对通量数据进行了插补。

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