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使用Tovi,高效處理通量數據:查看站點的能量平衡

來源:北京力高泰科技有限公司 發布時間:2019-12-26 00:00:00 點擊數:409 使用提問 咨詢價格

“在生態系統中,CO2、H2O和能量的源匯分布方式雖然各不相同,但是在利用渦度相關技術測定它們的通量時的基本假設是這些物質和能量的傳輸機制是一致的,其通量的計算都是建立在相似理論基礎之上。根據熱力學第一定律和渦度相關觀測的基本假設, 理論上能量平衡閉合程度可以作為觀測系統性能和數據質量評價的一個有效途徑。所謂的能量平衡閉合是指渦度相關儀器直接觀測的潛熱和顯熱湍流通量與凈輻射通量、土壤熱通量、冠層熱儲量三者之和的有效能量之間的平衡。能量平衡閉合程度作為評價渦度相關數據可靠性的方法已經被人們廣泛接受,FLUXNET 許多站點都把能量平衡閉合狀況分析作為一種標準的程序用于通量數據的質量評價。”(李正泉等,2004)

評估渦度協方差通量數據質量優劣的一個方法是,查看該研究區的能量平衡(Energy Balance)閉合程度。能量平衡閉合程度高,可以在一定程度上說明通量數據質量好;而能量閉合程度低,則一定說明通量數據質量差。

在不考慮冠層熱儲量S 的情況下,能量平衡公式可簡化為: LE + H ≈  Rn - G

其中,LE 是潛熱通量,H 是感熱通量,Rn 是凈輻射,G 是土壤熱通量。理論上來講,如果把LE + H 作為縱坐標,Rn - G 作為橫坐標,這兩者之間應大致為1:1的關系。然而在實際條件下,兩者之間很少能達到理論值。

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能量閉合4個主要組分的示意

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荷蘭雷韋克草地生態系統能量閉合分析(Veenendaal E M, Kolle O, Leffelaar P A, et al. ,2007)

導致能量平衡不閉合的原因有很多。例如,在上面的能量平衡方程中,只包含4個變量,而實際情況是,可能還有其他的能量分配,比如植物冠層的熱儲S、用于光合作用的能量等。

在能量平衡閉合分析中,也會面臨其他的一些問題。如對潛熱通量的準確測量并不能一定反映氣體通量數據的可靠。原因就在于,雖然這兩者的傳輸機制類似,但明顯存在差異,尤其是一些活性氣體,如揮發性有機化合物VOC,這些氣體與水蒸氣對比來看,具有明顯不同的源和匯。

另外,土壤熱通量G 也很難被正確測量,尤其是在土壤含水量變化迅速或是土壤異質性明顯的區域。 

盡管存在這些問題,能量平衡閉合分析仍然是評估渦流協方差通量數據質量的最令人信服的方法之一。

由美國LI-COR公司研發的通量數據智能分析軟件Tovi,可以非常方便地分析站點的能量平衡閉合情況,幫助研究者快速評估站點通量數據的好壞。下面,就請大家繼續和小泰一起,了解Tovi這項非常實用的功能吧~

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