FLUXNET

Fluxnet-logotypen

FLUXNET är ett globalt nätverk av mikrometeorologiska tornplatser som använder virvelkovariansmetoder för att mäta utbytet av koldioxid , vattenånga och energi mellan biosfären och atmosfären . FLUXNET är ett globalt "nätverk av regionala nätverk" som tjänar till att tillhandahålla en infrastruktur för att sammanställa, arkivera och distribuera data för det vetenskapliga samfundet. Den senaste FLUXNET-dataprodukten, FLUXNET2015 , är värd för Lawrence Berkeley National Laboratory ( USA) och är allmänt tillgänglig för nedladdning. För närvarande finns det över 1000 aktiva och historiska flödesmätningsplatser.

FLUXNET arbetar för att säkerställa att olika flödesnätverk kalibreras för att underlätta jämförelser mellan platser, och det tillhandahåller ett forum för distribution av kunskap och data mellan forskare. Forskare samlar också in data om platsvegetation , jord , spårgasflöden, hydrologi och meteorologiska egenskaper vid tornplatserna.

FLUXNET kan användas för att övervaka den totala förändringen av koldioxidhalterna i vår atmosfär

Historia

Forskare har mätt utbyte av vattenånga och koldioxid mellan jordens yta och atmosfären sedan slutet av 1950-talet. De relativt outvecklade beräkningsmöjligheterna och solid state-mätmöjligheterna gjorde det nästan omöjligt att kunna få exakta mätningar. Tidiga forskare som John Monteith använde metoden "flödesgradient" för att göra semi-exakta bedömningar av flödena i en mängd olika naturliga miljöer. Arbetet av forskare som Monteith insåg att Flux Gradient-metoden inte var så exakt som den behövde vara när den användes för att mäta spårgasutbyte i höga skogar . Så småningom insåg de att deras modellers undergång orsakades av "storskalig transport i grovhetsunderskiktet". Anledningen till dessa felaktigheter i data antogs härröra från Monin-Obukhovs skalningsteori.

I takt med att den digitala tekniken utvecklades under 1970- och 80-talen, gjorde framstegen inom sensorerna och den digitala hårdvaran som var nödvändig för att tillhandahålla medel för att göra avancerade mätningar av flöden med vad som blev känt som eddy covariance -tekniken. Med denna metod såväl som ytterligare framsteg inom digital datalagring blev det möjligt för nyfikna forskare att göra dessa virvelflödesmätningar under långa tidsperioder och följaktligen få en känsla av årliga förändringar av koldioxid och vattenånga i biosfären. När dessa tekniker blev mer utbredda i det vetenskapliga samfundet tog fler forskargrupper initiativ till att etablera ytterligare mätplatser. Så småningom etablerades tillräckligt många platser för att tillåta forskning av flöden över stora områden av land med hjälp av flera utredare. Ett exempel på en sådan studie är "Boreal Ecosystem-Atmosphere Study".

Med framgången för sådana projekt började deltagande forskare utforska idén om att skapa ett globalt nätverk av sensorsajter som kunde användas för att integrera deras data och ge tillgång till medlemmar i det akademiska samhället och allmänheten . Vid ett möte i La Thuile, Italien under 1995, började medverkande vetenskapsmän diskutera genomförbarheten av ett sådant nätverk. Efter det framgångsrika avslutandet av detta möte skedde en ökning av hastigheten för installation av sensorplatser och tillväxten av regionala nätverk. Så småningom tog Euroflux-nätverket fäste 1996 och följdes snart av AmeriFlux-nätverket 1997. När NASA såg entusiasmen från forskarvärlden för dessa två nätverk samt möjligheten att integrera spårgasdata från marken med data från Earth Observatory Satellite finansierade det slutligen FLUXNET-projektet som helhet 1998.

2002 lades FLUXNET till NOAA Observing System Architecture (NOSA).

Framtida platsplanering

Optimala platser har enhetlig vegetation och minimala topografiska störningar som platsen här på Tonzi Ranch

Framtida FLUXNET-webbplatser planeras enligt en önskvärd noggrannhet i den inhämtade informationen . Med den nuvarande modellen som används för att bestämma flödet mellan ytan och atmosfären är det önskvärt att placera tornet i ett område med jämn vegetativ täckning och minimala störningar i terrängen. Avvikelser i terräng eller växttäcke skulle förhindra ett konstant gasflöde längs tornets höjd.

En annan mycket viktig del av sensoruppsättningen är tornet som den vilar på. Sensortornet måste passa inom vissa designkriterier beroende på:

  1. höjden på vegetationen i området
  2. medelvindhastigheten _ _
  3. sensorernas provtagningstid

Vanligtvis placerar utredare som övervakar flöden i jordbruksodlingsmark sina sensorer nära marken. Samtidigt måste forskare som hoppas kunna mäta flödet i höga skogar placera sina sensorer på relativt höga byggnadsställningar . Skillnaden i storlekar beror på de gränsskikt som bildas nära marken på grund av vegetationen. För att minimera turbulens från själva tornet placeras instrumentering ofta högst upp i tornet och förskjuts flera fot med hjälp av bommar.

Instrumentering och databehandling

Sonic anemometer och infraröd gasanalysator är de väsentliga elementen som behövs för att mäta spårgasflöde

De flesta FLUXNET-webbplatser har minst sensorer för att noggrant mäta vindhastigheten såväl som koncentrationen av de aktuella spårgaserna. För att erhålla nödvändiga data är det vanligt att tornen använder en ljudanemometer , en infraröd gasanalysator och någon sensor för att mäta luftfuktigheten . Dessa verktyg är nödvändiga eftersom de tillhandahåller de nödvändiga variablerna för att läggas in i virvelkovariansmodellen av gasflödet i biosfären.

Huvudartikel: Eddy covariance

Principen bakom eddy covariance-tekniken är att luftpaket har eddy - liknande egenskaper i atmosfären . Med andra ord, när spårgaser andas in av vegetation , kan deras hastighet representeras av en 3D- vektor . Syftet med att använda en sådan exakt vindmätare är att mäta värdet på vindhastighetskomponenten i tre dimensioner. Med hjälp av den infraröda gasanalysatorn och fuktsensorn koncentrationen av vattenånga och spårgaser i luftprovet och skickas till en dator som snabbt räknar ut massflödet av gasen i fråga. Detta massflöde gör FLUXNET-projektet till ett värdefullt verktyg för forskare som försöker övervaka långsiktiga förändringar i spårgasflödet i atmosfären.

Huvudartikel: Vindmätare § Ultraljudsmätare

Många olika former av vindmätare finns på den nuvarande marknaden. Tyvärr kan majoriteten av vindmätarna bara mäta vindhastighet i ett plan och kräver en viss startvindhastighet. Sonic anemometrar är solid state -enheter som mäter vindhastigheten genom att skicka ultraljudsljudvågor genom den rörliga luften. När vindhastigheten ändras, ändras också luftens densitet och när densiteten ändras, ändras också ljudets hastighet . Genom att mäta förändringen i tid det tar för ultraljudsljudvågen att ta sig från sändaren till sensorn , kan ljudanemometern mäta den totala lufthastigheten såväl som dess riktning.

Huvudartikel: Infraröd gasanalysator
Ett exempel på en hygrometer

Denna sensor fungerar eftersom infrarött ljus absorberas av en mängd olika gaser vid olika våglängder inom spektrumet, inklusive metan , kolmonoxid , koldioxid och syre . För att mäta koncentrationen sänds en ljusstråle ut i luftprovet. Genom att mäta skillnaden mellan in- och utsignalen från den infraröda strålen kan sensorn bestämma mängden spårgaser i provet. Det är vanligt att en infraröd gasanalysator har två konfigurationer. Den "öppna designen" fungerar genom att skjuta en stråle av infrarött ljus genom luften utanför sensorkroppen. Samtidigt fungerar den slutna designen genom att suga in luft i sensorkroppen och mäta koncentrationen av spårgaser inuti en förseglad kammare. Vanligtvis placeras öppna sensorer inom en halv meter från vindmätaren medan slutna sensorer använder ett uppsamlingsrör monterat inuti vindmätaren för att få sitt luftprov.

Huvudartikel: Hygrometer

Hygrometern är ett viktigt verktyg som används för att räkna ut koncentrationen av vattenånga i luften. Tyvärr absorberar vattenånga flera frekvenser av ljus i det infraröda området och de flesta av dessa band överlappar spårgasernas. Utan att ta hänsyn till vattenånga skulle den infraröda gasanalysatorn ge falska data. För att lösa detta problem behövs en noggrann mätning av vattenånga. Solid state- hygrometrar är utformade för att ha två metallplattor åtskilda av ett litet luftgap. Olika nivåer av fuktighet i luften ändrar kapacitansen i luftgapet. Detta kan mätas genom att applicera en högfrekvent växelspänning på plattorna och mäta kapacitansen genom en RC-krets .

Vidare läsning

  • Baldocchi, DD (2008). " 'Andning' av den terrestra biosfären: lärdomar från ett globalt nätverk av mätsystem för koldioxidflöde". Australian Journal of Botany . 56 : 1–26. doi : 10.1071/bt07151 .
  •   Holton, James R. (2004). "En introduktion till dynamisk meteorologi". ISBN 0-12-354015-1

externa länkar

Regionala FLUXNET-webbplatser

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=FLUXNET&oldid=1132672787 "