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碳通量与涡度相关

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频率响应修正|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

频率响应修正|SIYB

涡度相关系统对高频湍流信号的衰减补偿。传感器光程平均、探头分离、闭路管路扩散与采样滤波都会削掉高频段协谱,使实测通量系统性偏低。修正方法是将实测协谱除以系统传递函数,或按 Moore(1986)、Moncrieff(1997)等解析模型分环节估算衰减并逐项补偿。闭路系统、长管路与响应较慢的气体分析仪修正量通常更大,报告通量时应注明是否已做该项修正。

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水平平流|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

水平平流|SIYB

标量守恒方程中由水平风场与水平浓度梯度共同产生的输送项,写作 u∂c/∂x + v∂c/∂y。理想平坦均一下垫面上该项可忽略,但在坡地、林缘、海岸带与复杂地形,它会与垂直平流、通量散度一起构成通量不闭合的主要来源。研究中常用多塔同步、廓线观测或分层采样估算平流项;工程选址则通过避开陡坡、山脊与风场突变区来降低其影响。

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存储项|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

存储项|SIYB

通量观测中,仪器安装高度以下气柱内目标气体浓度随时间变化所对应的通量项,F_s = ∫∂c/∂t dz,积分上限为仪器高度。涡度相关只测湍流输送,当冠层较高、夜间湍流弱或层结稳定时,储存项可与湍流通量同量级,忽略会造成夜间碳收支的系统偏差。测定方法是在塔上多层布点测浓度廓线,用差分近似积分;报告净生态系统交换时应说明储存项是否计入。

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湍流强度|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

湍流强度|SIYB

风速脉动标准差与平均风速之比,TI = σ_u/Ū,反映湍流的相对强弱。近地层 TI 随稳定度、粗糙度与风速变化,中性条件下多在 0.1~0.3,夜间稳定层结可降到 0.05 以下并伴随间歇性湍流。通量质控中常用湍流统计特征检验识别异常时段,例如 Foken 与 Wichura(1996)给出的偏度与峰度界限,用于判断该时段是否满足湍流充分发展假设。

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量子效率|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

量子效率|SIYB

光合作用光响应曲线在低光段的初始斜率,表示每吸收一摩尔光子所固定 CO₂ 的摩尔数,记作 α。C3 作物叶片的表观量子效率多在 0.03~0.06 mol CO₂/mol photon,受温度、CO₂ 浓度与水分状况影响;冠层尺度则由叶片 α、叶面积指数与光分布共同决定。拟合光响应曲线时,α 与最大光合速率、曲角共同确定曲线形状,缺一不可。

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碳源|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

碳源|SIYB

向大气净释放 CO₂(或 CH₄、N₂O)的库或过程,如化石燃料燃烧、土壤有机质分解、湿地厌氧发酵与生物质燃烧。通量观测中以净生态系统交换量 NEE 为正表示碳源;判定需扣除平流与储存项,并注意夜间稳定层结下的通量低估,否则可能把弱源误判为汇。

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碳汇|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

碳汇|SIYB

从大气净吸收并固定碳的库或过程,主要是植被光合作用形成的生物量碳与土壤有机碳累积,海洋与湿地也是重要汇。通量上以 NEE 为负表示碳汇,年度碳汇量为 NEE 的年积分;核算时须区分总初级生产力的碳输入与生态系统呼吸的碳释放,并明确计量边界与时间尺度。

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碳循环|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

碳循环|SIYB

碳在大气、植被、土壤、水体与岩石圈之间迁移转化的过程总和,包括光合固定、呼吸释放、分解、溶解与沉积。全球碳循环研究关注源汇平衡与滞留时间,区域尺度靠通量网、遥感与清单互校;监测上以 CO₂ 与 CH₄ 浓度、通量与碳同位素为约束,辨识人为与自然通量的相对贡献。

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植被碳吸收|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

植被碳吸收|SIYB

植被通过光合作用从大气固定 CO₂ 形成有机碳的过程,以总初级生产力表征,扣除自养呼吸后为净初级生产力。通量观测中用光响应曲线、遥感植被指数与光能利用率模型估算;评估碳汇时须扣除异养呼吸与扰动排放,并注意高辐射下的光饱和与水分限制造成的非线性响应。

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通量修正|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

通量修正|SIYB

对涡度相关原始通量施加的一系列校正,包括坐标旋转、WPL 密度修正、谱修正(高频与低频损失)、超声虚温修正、储存项与平流项、仪器表面加热修正等。修正顺序与方法须与所用软件一致;缺少感热、潜热或温压数据时无法完成 WPL 与谱修正,该时段应标记为不完整而非强行套用缺省值。

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Keeling截距|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

Keeling截距|SIYB

以观测浓度倒数 1/[CO₂] 为横轴、碳同位素比值 δ¹³C 为纵轴做线性回归,其纵轴截距即源区排放气体的同位素签名。该方法用于拆分生态系统呼吸中自养与异养、化石源与生物源的贡献;关键是所选时段浓度变化由同一源主导、背景大气同位素稳定,且样品不受泄漏与分馏污染。

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夜间通量低估|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

夜间通量低估|SIYB

夜间稳定边界层下湍流弱、通量以储存与平流为主,涡度相关法测得的 CO₂ 通量常系统性偏小,导致生态系统呼吸被低估、碳汇被高估。常用摩擦风速 u* 阈值过滤配合夜间温度响应外推修正;阈值应按站点与季节率定,并报告不同阈值下的年通量敏感性,避免用一个固定值掩盖站点差异。

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光响应曲线|SIYB应用场景示意图
碳通量与涡度相关

光响应曲线|SIYB

描述净 CO₂ 交换量随光合有效辐射变化的曲线,常用直角双曲线、非直角双曲线或 Michaelis-Menten 形式拟合,可外推表观量子效率、最大光合速率与白天呼吸。它用于插补白天缺测与拆分 GPP 与 Reco;拟合须剔除高温高水汽压亏缺的抑制时段,并按季节与物候分段处理。

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