LI-COR EC应用案例 |【GBC】涡度协方差通量观测技

原文以 Global Trends in Air-Water CO₂ Exchange Over Seagrass Meadows Revealed by Atmospheric Eddy Covariance 为标题发表在Global Biogeochemical Cycles（IF=4.608）上。
作者 | Bryce Van Dam, Pierre Polsenaere, Aylin Barreras-Apodaca等 
翻译 | 子毅

海草床是海岸带蓝碳（Blue Carbon）的组成部分，它有望在缓解人类活动碳排放方面起到重要作用。目前，在全球范围内，一些海岸带生态系统得到了科学管理，从而增加了蓝碳储量。

然而，人们对于蓝碳储量通量的规模，以及它和大气-水体CO₂通量FCO₂ 的相互作用，还了解不多。

为此，研究者们在全球范围内，选择有代表性的蓝碳通量观测站点，使用涡度协方差方法，综合分析了海草床的CO₂通量FCO₂。

4个站点收集的是季节性数据（其中2个站点表现为CO₂的源），平均FCO₂ 大约是全球平均蓝碳储存速率的44%-115%。

其余的站点，CO₂净吸收速率大约是蓝碳平均储存速率的101%-888%。

小波相干分析显示，FCO₂ 主要和温度、风、潮汐密切相关。需要特别指出的是，在全球尺度上，潮汐力是FCO₂ 的重要驱动力，它将横向碳交换、底部驱动湍流以及孔隙水抽吸三个过程结合在了一起。

对开阔海域来说，大洋表面阻力系数总是高于预测值，这支持了观测到的浅海水域气体传输过程普遍增强的现象。

研究者指出，需要使用综合性更强的方法来评估蓝碳：不仅要考虑有机碳储量，还需要考虑大气-水体CO₂交换量FCO₂，以及与之相关的复杂生物地球化学过程及物理驱动因子。

LI-COR涡度协方差通量观测系统在本研究中的作用

南佛罗里达海草床LI-COR涡度协方差通量观测系统 图源/Van Dam B, Fourqurean J, Smyth A. Alkalinity and CO₂ fluxes in a tropical seagrass meadow[C]//EGU General Assembly Conference Abstracts. 2020: 2861.

涡度协方差通量观测系统由CO₂分析仪和三维超声风速仪组成。其中的CO₂分析仪均采用LI-COR公司研发的设备。根据站点的实际情况使用不同类型的分析仪：有开路式的LI-7500系列CO₂/H₂O分析仪，还有闭路式的LI-7200系列CO₂/H₂O分析仪。具体信息请参见下表。

数据质量控制

所有数据均使用EddyPro软件（LI-COR Inc., Lincoln, USA）处理。第一，QC分级大于1的数据全部剔除，这部分占全部数据集的11.6%。QC标准详细信息可参阅Mauder和Foken 2004年文献中的内容。简单来说，这种QC将稳态和湍流发展测试结果整合为一个QC Flag，如果大约1，就被认为是数据质量低。第二，确认数据是否受到了陆地生态系统的影响，将受到影响的数据剔除。第三，将u*/Umean超过0.139（即u*/Umean平均值0.0924的1.5倍）的FCO₂ 剔除。第四，超过平均值3倍标准差的FCO₂ 被剔除，这部分占剩余数据的1.3%。最终，有25.5%的数据被剔除。

能量平衡分析

能量平衡分析在陆地生态系统的碳水交换研究中非常重要。因为能量流（Energy Flow）与局地水分收支，以及与之相关的生态过程紧密关联。在一个理想系统中，输入的能量—太阳净辐射Rn可分为两部分，潜热通量LE和感热通量H，Rn:LE+H应该为1:1。任何偏离都意味着某种能量通量的缺失。例如某个变量，如温度的平流输送，导致LE+H或大于或小于Rn。另外，能量有可能储存在水中。在本研究中，研究者们量化了水的热储存项：基于水深、水比热、密度及水温变化（Van Dam等，2020）。H+LE+J 和Rn 的关系偏离1:1，可作为水分发生横向交换的指标。

原文中的主要数据图