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使用Tovi,高效处理通量数据:查看站点的能量平衡

来源:北京力高泰科技有限公司 发布时间:2019-12-26 00:00:00 点击数:315 使用提问 咨询价格

“在生态系统中,CO2、H2O和能量的源汇分布方式虽然各不相同,但是在利用涡度相关技术测定它们的通量时的基本假设是这些物质和能量的传输机制是一致的,其通量的计算都是建立在相似理论基础之上。根据热力学第一定律和涡度相关观测的基本假设, 理论上能量平衡闭合程度可以作为观测系统性能和数据质量评价的一个有效途径。所谓的能量平衡闭合是指涡度相关仪器直接观测的潜热和显热湍流通量与净辐射通量、土壤热通量、冠层热储量三者之和的有效能量之间的平衡。能量平衡闭合程度作为评价涡度相关数据可靠性的方法已经被人们广泛接受,FLUXNET 许多站点都把能量平衡闭合状况分析作为一种标准的程序用于通量数据的质量评价。”(李正泉等,2004)

评估涡度协方差通量数据质量优劣的一个方法是,查看该研究区的能量平衡(Energy Balance)闭合程度。能量平衡闭合程度高,可以在一定程度上说明通量数据质量好;而能量闭合程度低,则一定说明通量数据质量差。

在不考虑冠层热储量S 的情况下,能量平衡公式可简化为: LE + H ≈  Rn - G

其中,LE 是潜热通量,H 是感热通量,Rn 是净辐射,G 是土壤热通量。理论上来讲,如果把LE + H 作为纵坐标,Rn - G 作为横坐标,这两者之间应大致为1:1的关系。然而在实际条件下,两者之间很少能达到理论值。

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能量闭合4个主要组分的示意

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荷兰雷韦克草地生态系统能量闭合分析(Veenendaal E M, Kolle O, Leffelaar P A, et al. ,2007)

导致能量平衡不闭合的原因有很多。例如,在上面的能量平衡方程中,只包含4个变量,而实际情况是,可能还有其他的能量分配,比如植物冠层的热储S、用于光合作用的能量等。

在能量平衡闭合分析中,也会面临其他的一些问题。如对潜热通量的准确测量并不能一定反映气体通量数据的可靠。原因就在于,虽然这两者的传输机制类似,但明显存在差异,尤其是一些活性气体,如挥发性有机化合物VOC,这些气体与水蒸气对比来看,具有明显不同的源和汇。

另外,土壤热通量G 也很难被正确测量,尤其是在土壤含水量变化迅速或是土壤异质性明显的区域。 

尽管存在这些问题,能量平衡闭合分析仍然是评估涡流协方差通量数据质量的最令人信服的方法之一。

由美国LI-COR公司研发的通量数据智能分析软件Tovi,可以非常方便地分析站点的能量平衡闭合情况,帮助研究者快速评估站点通量数据的好坏。下面,就请大家继续和小泰一起,了解Tovi这项非常实用的功能吧~

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