Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из FluxNet )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Логотип Fluxnet

FLUXNET - это глобальная сеть микрометеорологических башен, которые используют методы вихревой ковариации для измерения обмена углекислым газом , водяным паром и энергией между биосферой и атмосферой . FLUXNET - это глобальная «сеть региональных сетей», которая служит для обеспечения инфраструктуры для сбора, архивирования и распространения данных для научного сообщества. Он обеспечивает калибровку различных потоковых сетей для облегчения сравнения между сайтами и предоставляет форум для распространения знаний и данных между учеными. [1]

По состоянию на апрель 2014 года в непрерывной долгосрочной эксплуатации находилось более 683 [ необходима цитата ] башен. Исследователи также собирают данные о растительности , почве , газовых потоках, гидрологии и метеорологических характеристиках на площадках для вышек.

Научные цели [ править ]

FLUXNET можно использовать для отслеживания общего изменения уровня углекислого газа в нашей атмосфере.

Согласно сайту FLUXNET, цели проекта заключаются в следующем: [2]

  1. Для «количественной оценки пространственных различий в скоростях обмена углекислого газа и водяного пара, которые могут наблюдаться внутри и между естественными экосистемами и климатическими градиентами»
  2. Для «количественной оценки временной динамики и изменчивости (сезонной, межгодовой) плотности потока углерода, воды и энергии; такие данные позволяют нам изучить влияние фенологии, засух, периодов сильной жары, Эль-Ниньо, продолжительности вегетационного периода и наличия или отсутствия снега на потоках чешуйчатого покрова "
  3. Для «количественной оценки изменений потоков углекислого газа и водяного пара из-за изменений инсоляции, температуры, влажности почвы, фотосинтетической способности, питания, структуры растительного покрова и функционального типа экосистемы».

История [ править ]

Рост сети FLUXNET

Ученые измеряли обмен водяного пара и углекислого газа между поверхностью Земли и атмосферой с конца 1950-х годов. Относительно неразвитые вычислительные возможности и возможности твердотельных измерений сделали практически невозможным получение точных измерений. Ранние ученые, такие как Джон Монтейт, использовали метод « градиента потока » для получения полуточных оценок потоков в различных природных условиях. Работа ученых , такие как Монтейт поняла , что метод поток градиент не было почти столь же точно , как это должно было быть , когда используется для измерения следов газа обмена в высоких лесах. В конце концов они поняли, что падение их моделей было вызвано «крупномасштабным переносом в подслое шероховатости». [1] Причина этих неточностей в данных предположительно возникла из теории масштабирования Монина-Обухова .

По мере развития цифровых технологий на протяжении 1970-х и 80-х годов, так же как и в датчиках и цифровом оборудовании, необходимом для обеспечения средств для проведения расширенных измерений потоков с помощью того, что стало известно как метод вихревой ковариации . Благодаря этому методу, а также дальнейшему прогрессу в области хранения цифровых данных , любопытные ученые получили возможность проводить эти измерения вихревого потока в течение длительных периодов времени и, следовательно, получать представление о годовом количестве углекислого газа и водяного пара.изменения в биосфере. По мере того как эти методы стали более распространенными в научном сообществе, все больше исследовательских групп взяли на себя инициативу по созданию дополнительных участков измерения. В конце концов, было создано достаточно участков, чтобы можно было исследовать потоки на обширных территориях суши с помощью нескольких исследователей. Примером такого исследования является «Исследование бореальной экосистемы и атмосферы». [3]

После успеха таких проектов участвующие ученые начали изучать идею создания глобальной сети сенсорных сайтов, которые можно было бы использовать для интеграции их данных и обеспечения доступа для членов академического сообщества и широкой общественности . На встрече в Ла-Туиле, Италия, в 1995 г. ученые начали обсуждать возможность создания такой сети. После успешного завершения этой встречи произошло увеличение скорости установки сенсорных площадок и рост региональных сетей. В конце концов, Euroflux сеть взяла в 1996 году и вскоре последовали AmeriFlux сети в 1997 году When НАСАУвидев энтузиазм научного сообщества по поводу этих двух сетей, а также возможность интегрировать данные о газовых следах с земли с данными со спутника обсерватории Земли , он наконец профинансировал проект FLUXNET в 1998 году.

В 2002 году FLUXNET был добавлен к архитектуре системы наблюдений NOAA (NOSA).

Планирование будущего сайта [ править ]

Оптимальные участки имеют однородную растительность и минимальные топографические нарушения, такие как участок здесь, на ранчо Тонзи.

Будущие сайты FLUXNET планируются с учетом желаемой точности полученных данных . С текущей моделью, используемой для определения потока между поверхностью и атмосферой , желательно разместить башню в области с однородным растительным покровом и минимальными нарушениями ландшафта. Отклонения в рельефе или растительном покрове препятствовали бы постоянному потоку газа по высоте башни.

Еще одна очень важная часть матрицы датчиков - это башня, на которой она стоит. Башня датчиков должна соответствовать определенным критериям проектирования, зависящим от:

  1. высота растительности на участке
  2. средняя скорость ветра
  3. время выборки датчиков

Обычно исследователи, наблюдающие за потоками на сельскохозяйственных угодьях, размещают свои датчики близко к земле. Между тем, ученые, которые надеются измерить потоки в высоких лесах, должны размещать свои датчики на относительно высоких лесах . Разница в размерах объясняется пограничными слоями, которые формируются близко к земле из-за растительности. Чтобы свести к минимуму турбулентность от самой башни, приборы часто размещают наверху башни и смещают на несколько футов с помощью стрел.

Инструменты и обработка данных [ править ]

Звуковой анемометр и инфракрасный газоанализатор являются важными элементами, необходимыми для измерения потока следовых газов.

Большинство сайтов FLUXNET имеют как минимум датчики для точного измерения скорости ветра, а также концентрации рассматриваемых газовых примесей . Для получения необходимых данных на вышках обычно используют звуковой анемометр , инфракрасный газоанализатор и какой-либо датчик для измерения влажности . Эти инструменты необходимы, потому что они обеспечивают необходимые переменные для включения в модель вихревой ковариации потока газа в биосфере. [4]

Основная статья: Ковариация Эдди

Принцип, лежащий в основе техники вихревой ковариации, заключается в том, что частицы воздуха имеют в атмосфере вихревые характеристики . Другими словами, когда следовые газы вдыхаются растительностью , их скорость может быть представлена ​​трехмерным вектором . Цель использования такого точного анемометра - измерить значение составляющей скорости ветра в трех измерениях. Используя инфракрасный газоанализатор и датчик влажности, можно определить концентрацию водяного пара и следовых газов в пробе воздуха.измеряется и отправляется в компьютер, который быстро вычисляет массовый поток рассматриваемого газа. Этот поток массы делает проект FLUXNET ценным инструментом для ученых, пытающихся отслеживать долгосрочные изменения в потоке газовых примесей в атмосфере.

Основная статья: Анемометр § Ультразвуковые анемометры

На текущем рынке существует множество различных форм анемометров. К сожалению, большинство анемометров могут измерять скорость ветра только в одной плоскости и требуют определенной начальной скорости ветра. Звуковые анемометры - это твердотельные устройства, которые измеряют скорость ветра, пропуская ультразвуковые звуковые волны через движущийся воздух. При изменении скорости ветра изменяется и плотность воздуха, а при изменении плотности - скорость звука . Измеряя изменение времени, которое требуется ультразвуковой звуковой волне, чтобы пройти от излучателя к датчику., звуковой анемометр может измерять общую скорость воздуха, а также его направление. [5]

Основная статья: Инфракрасный газоанализатор
Пример гигрометра

Этот датчик работает, потому что инфракрасный свет поглощается различными газами с разной длиной волны в спектре, включая метан , монооксид углерода , диоксид углерода и кислород . Для измерения концентрации в пробу воздуха излучается луч света . Измеряя разницу между входом и выходом инфракрасного луча, датчик может определить количество газовых примесей в пробе. [6] Инфракрасный газоанализатор обычно имеет две конфигурации. «Открытая конструкция» работает путем испускания луча инфракрасного света через воздух за пределами корпуса датчика. Между тем закрытый дизайнработает, всасывая воздух в корпус датчика, измеряя концентрацию следовых газов внутри герметичной камеры. Обычно открытые датчики размещаются в пределах полуметра от анемометра, в то время как закрытые датчики используют сборную трубку, установленную внутри анемометра, для отбора пробы воздуха. [1]

Основная статья: гигрометр

Гигрометр - важный инструмент, используемый для определения концентрации водяного пара в воздухе. К сожалению, водяной пар поглощает свет на нескольких частотах в инфракрасном диапазоне, и большинство этих полос перекрывают полосы следовых газов. Без учета водяного пара инфракрасный газоанализатор дал бы ложные данные. Чтобы решить эту проблему, необходимо точное измерение водяного пара. Твердотельные гигрометры имеют две металлические пластины, разделенные небольшим воздушным зазором. Различные уровни влажности в воздухе изменяют емкость воздушного зазора. Это можно измерить, приложив к пластинам высокочастотное переменное напряжение и измерив емкость через RC-цепь .

Сайты FLUXNET [ править ]

Карта, показывающая международное расположение сайтов Fluxnet в 2009 г.

Ятир Форест, Израиль [ править ]

Лес Ятыр на окраине пустыни Негев .
Исследовательская башня института Вейцмана .

Государство Израиль облесения в Негев пустыне, на долю которого приходится 60% от массы земли страны, но остается малонаселенной. [7] Ятир расположен на южных склонах горы Хеврон , на краю Негев пустыни. Занимая площадь 30 000 дунамов (30 квадратных километров), это самый большой лесной массив в Израиле. [8] Он назван в честь древнего города левитов на его территории, Ятир , как написано в Торе. [9] [10] Лес Ятир - это башня НАСА.исследовательский проект FLUXNET. В лесу Ятир проводится множество современных израильских научных исследований, направленных на решение проблемы изменения климата , которое при определенных обстоятельствах может привести к быстрой потере растений и опустыниванию . [11] [12] Исследования Института Вейцмана в сотрудничестве с Научно-исследовательским институтом пустынь в Сде-Бокере показали, что деревья служат ловушкой для углерода в воздухе. [13] [14] Тень, создаваемая деревьями, посаженными в пустыне, также снижает испарение редких осадков. [13] Институт экологических исследований Аравапроводит исследования в лесу Ятыр, уделяя особое внимание таким культурам, как финики и виноград, выращенные в окрестностях леса Ятыр. [15] [16] Исследование является частью проекта, направленного на внедрение новых культур в засушливые и засоленные зоны. [17]

Национальный парк Малудам, Саравак, Малайзия [ править ]

Малайзия занимает второе место по величине тропических торфяников в Юго-Восточной Азии (2,4 млн га) после Индонезии (21 млн га). Между тем, малазийскому штату Саравак принадлежит 65% торфяников Малайзии. Торфяники важны для сельского хозяйства, однако есть опасения, что выращивание сельскохозяйственных культур в таких районах приведет к тому, что они будут выделять больше парниковых газов в воздух, а не станут поглотителем углерода для уменьшения парникового эффекта. Поэтому Саравакский научно-исследовательский институт тропического торфа выбрал национальный парк Малудам для размещения одной из трех башен вихревых ковариационных потоков в Сараваке для измерения углеродного баланса экосистемы торфяников как части глобальной сети сайтов FLUXNET. [18][19] Национальный парк покрыт тропическими торфяными болотными лесами. [18]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Балдокки, Деннис; Фальге, Ева; Гу, Ляньхун; Олсон, Ричард; Холлингер, Дэвид; Беги, Стив; Антони, Питер; Bernhofer, Ch; Дэвис, Кеннет; Эванс, Роберт; Фуэнтес, Хосе; Гольдштейн, Аллен; Катул, Габриэль; Закон, Беверли; Ли, Сюйхуэй; Малхи, Ядвиндер ; Мейерс, Тилден; Мангер, Уильям; Оечел, Уолт; Лапа, кт; Пилегаард, Ким; Шмид, HP; Валентини, Риккардо; Верма, Шаши; Весала, Тимо; Уилсон, Келл; Wofsy, Стив (2001). «FLUXNET: новый инструмент для изучения временной и пространственной изменчивости экосистемы - двуокиси углерода, водяного пара и плотности потока энергии» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 82 (11): 2415–2434. doi :10.1175 / 1520-0477 (2001) 082 <2415: FANTTS> 2.3.CO; 2 . ISSN  0003-0007 .
  2. ^ цели проекта Fluxnet[ мертвая ссылка ]
  3. ^ Продавцы, P .; Холл, Ф .; Ranson, KJ; Margolis, H .; Келли, В .; Baldocchi, D .; Den Hartog, G .; Cihlar, J .; Райан, MG; и другие. (1995), «Бореальный Экосистемное атмосферы исследование (Борей): обзор и первые результаты от 1994 года поле ...» , Бюллетень Американского метеорологического общества , 76 (9): 1549-1577, DOI : 10,1175 / 1520-0477 (1995) 076 <1549: TBESAO> 2.0.CO; 2
  4. ^ Baldocchi, DD; Хинкс, BB; Мейерс, TP (1988), "Оценка биосферных атмосфер обменов биологически родственных газов с методами микрометеорологических", экологией , 69 (5): 1939-9170, DOI : 10,2307 / 1941631 , JSTOR 1941631 
  5. ^ Патент США 4,031,756
  6. ^ Патент США 4914719
  7. ^ Профессор Алон Тал, Департамент экологии пустыни Митрани, Институты исследования пустынь им. Блауштайна, Университет Бен-Гуриона в Негеве. «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ДОКЛАД ИЗРАИЛЯ, 2003-2005 ГОДЫ, К КОНВЕНЦИИ ООН ПО БОРЬБЕ С ОПУСТЫНИВАНИЕМ (КБОООН)» Архивировано 26 мая 2011 г. на Wayback Machine ; Государство Израиль, июль 2006 г.
  8. ^ Посадка леса Ятыр
  9. ^ «И сынам Аарона священника они дали Хеврон и его предместья, город убежища для убийцы, и Ливну с его предместьями, и Джаттир с его предместьями, и Эштемоа с его предместьями» ( Книга Иисуса Навина 21:13) -14). В настоящее время в лесу Ятир находится древняя палестинская синагога , синагога Аним (4-7 вв. Н. Э.).
  10. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2012-07-08 . Проверено 20 сентября 2018 .CS1 maint: archived copy as title (link)
  11. ^ Sahney, S., Бентон, MJ & Фалкон-Ланг, HJ (2010), "Rainforest коллапс вызвал тетрапод диверсификации Pennsylvanian в Euramerica" (PDF) , геологию , 38 (12): 1079-1082, DOI : 10,1130 / G31182. 1 . CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  12. ^ Бачелет, D ; R.Neilson, JMLenihan, RJDrapek (2001), "Изменение климата Воздействие на растительность и распределение углерода бюджета в Соединенных Штатах" (PDF) , экосистемам , 4 (3): 164-185, DOI : 10.1007 / s10021-001-0002 -7 . CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  13. ^ a b Преимущества посадки деревьев в пустыне , Гаарец
  14. ^ KKL-JNF сотрудничает в области облесения в лесу Ятыр
  15. ↑ Vu du Ciel-документальный фильм Яна Артюса-Бертрана
  16. ^ 2000-летние семена растут в араве. Архивировано 20 февраля 2012 г. в Wayback Machine.
  17. ^ MERC Проект М-20-0-18 проект архивации 2012-01-11 в Wayback Machine
  18. ^ a b "Тропический торфяник - сильный сток углерода?" . Asiaflux. Мая 2013 года Архивировано из оригинала 14 декабря 2020 года . Проверено 14 декабря 2020 года .
  19. ^ "Общая информация о сайте MY-MLM" . FLUXNET. Архивировано из оригинального 14 декабря 2020 года . Проверено 14 декабря 2020 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Балдокки, Д.Д. (2008). « « Дыхание »земной биосферы: уроки, извлеченные из глобальной сети систем измерения потока углекислого газа». Австралийский журнал ботаники . 56 : 1–26. DOI : 10.1071 / bt07151 .
  • Холтон, Джеймс Р. (2004). «Введение в динамическую метеорологию». ISBN 0-12-354015-1 

Внешние ссылки [ править ]

  • FLUXNET
  • Набор данных FLUXNET2015 (2015 г.)
  • Набор данных FLUXNET LaThuile (2007)
  • Набор данных FLUXNET Marconi (2000)
  • Историческая интерактивная карта сайтов Fluxnet
  • Исторический FLUXNET в ORNL
  • Исторический Fluxdata.org
  • Fluxnet на NOSA

Региональные веб-сайты FLUXNET [ править ]

  • АмериФлюкс
  • AsiaFlux
  • CarboEurope
  • Чайнафлюкс
  • Европейская база данных потоков
  • Fluxnet-Канада
  • KoFlux
  • OzFlux
  • Сеть Urban Flux