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第1章 涡度协方差方法&Thomas Foken，Marc Aubinet，Ray Leuning1

1.1历史1

1.2背景知识3

1.2.1涡度协方差测量的背景3

1.2.2雷诺分解4

1.2.3标量定义4

1.3单点守恒方程5

1.3.1干空气质量守恒（连续性）方程6

1.3.2动量守恒方程6

1.3.3标量守恒方程7

1.3.4焓方程8

1.4积分关系8

1.4.1干空气收支方程8

1.4.2标量收支方程（广义涡度协方差方法）9

1.5谱分析11

1.5.1湍流的谱分析11

1.5.2大气湍流的谱分析11

1.5.3传感器筛选12

1.5.4高度和风速测量的影响因素13

致谢14

参考文献14

第2章 测量、建塔及站点设计考虑&J.William Munger，Hen W.Loescher，Hongyan Luo18

2.1引言18

2.2通量塔的考虑事项19

2.2.1通量塔设计的理论考量19

2.2.1.1多样的生态系统和环境19

2.2.1.2通量塔结构对周围气流的物理影响19

2.2.1.3水平支撑杆的大小22

2.2.1.4塔偏转和振动22

2.2.1.5在高冠层林窗处的回流区23

2.2.2塔的设计与科学要求24

2.2.2.1塔的选址要求24

2.2.2.2塔的结构要求25

2.2.2.3塔的高度要求26

2.2.2.4塔的大小要求26

2.2.2.5仪器方向要求27

2.2.2.6塔安装和站点影响要求28

2.3超声风速仪29

2.3.1基本原理29

2.3.2问题及校正29

2.3.3超声选择、位置和使用要求30

2.4涡度CO2/H2O分析仪32

2.4.1基本介绍32

2.4.2闭路系统33

2.4.2.1绝对和差分模式33

2.4.2.2闭路传感器的管道需求34

2.4.2.3CO2校准37

2.4.2.4水汽校准38

2.4.3开路系统38

2.4.3.1安装和维护38

2.4.3.2校准38

2.4.4开路和闭路的优缺点39

2.4.5窄波段光谱CO2传感器40

2.5廓线测量40

2.5.1测量层数的要求41

2.5.2廓线混合比测量要求43

致谢43

参考文献43

第3章 数据采集与通量计算&Corinna Rebmann，Olaf Kolle，Bernard Heinesch，Ronald Queck，Andreas Ibrom，Marc Aubinet48

3.1数据传输与采集49

3.2原始数据的通量计算52

3.2.1气象单元中的信号转换53

3.2.1.1来自超声风速仪的风分量和声速53

3.2.1.2来自气体分析仪的浓度53

3.2.2原始数据的质量控制54

3.2.3方差及协方差计算56

3.2.3.1平均值与波动计算56

3.2.3.2时滞判定57

3.2.4坐标旋转58

3.2.4.1坐标系及其方位选择的要求58

3.2.4.2坐标转换方程59

3.2.4.3旋转角度确定60

3.3通量确定62

3.3.1动量通量63

3.3.2浮力通量和感热通量63

3.3.3潜热通量和其他痕量气体通量63

3.3.4其他参数的推导64

致谢64

参考文献65

第4章 校正和数据质量控制&Thomas Foken，Ray Leuning，Steven R.O ncley，Matthias Mauder，Marc Aubinet68

4.1通量数据校正69

4.1.1已经包含在原始数据分析中的校正（第3章）69

4.1.2将浮力通量转换为感热通量（SND校正）69

4.1.3频谱校正70

4.1.3.1引言70

4.1.3.2高频损失校正70

4.1.3.3低频损失76

4.1.4WPL校正77

4.1.4.1言77

4.1.4.2开路系统78

4.1.4.3WPL与不完美的仪器设备79

4.1.4.4闭路系统80

4.1.5传感器特定的校正81

4.1.5.1超声风速仪的气流畸变校正81

4.1.5.2LiCor 7500开路气体分析仪的传感器头端加热校正82

4.1.5.3氪湿度计KH20的校正82

4.1.5.4CH4和N20分析仪的校正83

4.1.6不推荐的校正83

4.1.7总体数据校正84

4.2能量平衡不闭合的影响86

4.2.1能量平衡不闭合的原因86

4.2.2能量平衡不闭合的校正88

4.3数据质量分析89

4.3.1涡度协方差测量的质量控制90

4.3.2是否符合理论要求的测试90

4.3.2.1稳态测试91

4.3.2.2充分发展湍流条件的测试91

4.3.3总体质量标记系统93

4.4经过校正和质量控制后湍流通量的准确性95

4.5可用的校正软件概述96

致谢100

参考文献100

第5章 夜间通量校正&Marc Aubmet，Christian Feigenwinter， Bernard Heinesch，Quentin Laffineur，Dario Papale，Markus Reichstein，Janne Rinne，Eva Van Gorsel108

5.1引言108

5.1.1历史108

5.1.2夜间通量误差存在的证据109

5.1.2.1与自下而上方法的比较109

5.1.2.2通量对摩擦风速的敏感性109

5.1.3问题的起因110

5.2这个问题真的很重要吗？111

5.2.1在什么情况下应当校正夜间通量误差？111

5.2.2储存量在夜间通量误差中起什么作用？111

5.2.3夜间通量误差对长期碳封存估算有什么影响？112

5.2.4夜间通量误差对函数关系有什么影响？114

5.2.5夜间通量误差对其他通量有什么影响？114

5.3筛选程序如何实现？116

5.3.1基本原则116

5.3.2筛选标准的选择117

5.3.3筛选应用117

5.3.4评估119

5.4校正程序120

5.4.1筛选＋数据填补120

5.4.2ACMB方法120

5.4.2.1历史120

5.4.2.2流程121

5.4.2.3评估121

致谢122

参考文献123

第6章 数据空缺填补&Dario Papale129

6.1引言129

6.2空缺填补：为什么以及何时需要？130

6.3空缺填补方法130

6.3.1气象数据的空缺填补131

6.3.2一般规则与策略（长缺失）132

6.3.2.1受人工管理和干扰的站点132

6.3.3方法描述133

6.3.3.1平均日变化法133

6.3.3.2查表法134

6.3.3.3人工神经网络法135

6.3.3.4非线性回归法135

6.3.3.5过程模型136

6.4不确定性与质量标记136

6.5结束语137

参考文献138

第7章 不确定性的量化&Andrew D.Richardson，Marc Aubinet，Alan G.Barr，David Y.Hollinger，Andreas Ibrom，Gitta Lasslop，Markus Reichstein140

7.1引言140

7.1.1定义142

7.1.2误差类型142

7.1.3不确定性的描述143

7.1.4目标143

7.2通量测量的随机误差144

7.2.1湍流抽样误差145

7.2.2仪器误差145

7.2.3足迹的变化145

7.2.4量化总随机不确定性146

7.2.5随机不确定性的整体模式147

7.2.6在更长时间尺度上的随机不确定性151

7.3通量测量的系统误差152

7.3.1未满足的假设及方法上的挑战带来的系统误差152

7.3.2源自仪器校准和设计的系统误差154

7.3.2.1校准的不确定性155

7.3.2.2峰值156

7.3.2.3超声风速仪误差156

7.3.2.4红外气体分析仪误差157

7.3.2.5高频损失157

7.3.2.6密度波动157

7.3.2.7仪器表面热交换158

7.3.3与数据处理相关的系统误差159

7.3.3.1去倾和高通滤波160

7.3.3.2坐标旋转161

7.3.3.3数据填补161

7.3.3.4通量划分162

7.4闭合生态系统碳收支162

7.5结论163

致谢164

参考文献164

第8章 足迹分析&Ullar Rannik，Andrey Sogachev，Thomas Foken，Mathias Gockede，Natascha Kljun，Monique Y.Leclerc，Timo Vesala171

8.1足迹的概念171

8.2用于大气边界层的足迹模型174

8.2.1分析型足迹模型174

8.2.2拉格朗日随机方法175

8.2.3前推及后推拉格朗日随机模型176

8.2.4大气边界层足迹178

8.2.5大气边界层的大涡模拟180

8.3高大植被的足迹模型181

8.3.1森林冠层的足迹181

8.3.2足迹对传感器和源高度的依赖182

8.3.3高阶矩的影响183

8.4复杂景观及非均一冠层184

8.4.1闭合模型方法184

8.4.2模型验证186

8.4.3闭合模型的足迹估算188

8.4.4复杂地形上的足迹191

8.4.5在城市区域的模拟194

8.5使用足迹模型进行质量评估196

8.5.1质量评估方法论197

8.5.2基于分析型和拉格朗日随机足迹模型的站点评估201

8.5.3适用性与限制201

8.6足迹模型验证202

致谢204

参考文献204

第9章 净通量划分&Markus Reichstein，Paul C.Stoy，Ankur R.Desai，Gitta Lasslop，Andrew D.Richardson214

9.1动机214

9.2概念215

9.3标准方法216

9.3.1概述216

9.3.2基于夜间数据的方法218

9.3.2.1模型构成：温度-测量218

9.3.2.2Reco模型构成219

9.3.2.3挑战：呼吸作用的其他驱动因子219

9.3.2.4挑战：光合作用-呼吸作用耦合及生态系统内的传输220

9.3.3基于日间数据的方法221

9.3.3.1模型构成：NEE光响应221

9.3.3.2挑战：其他驱动因子及FLUXNET数据库方法224

9.3.3.3未解决的问题及未来工作展望225

9.4其他思考及新方法225

9.4.1振荡模式225

9.4.2模型参数化225

9.4.3用高频数据进行通量划分226

9.4.4使用稳定同位素技术进行通量划分226

9.4.5气室法227

9.4.6水汽通量的划分228

9.5建议229

参考文献229

第10章 间断涡度协方差方法&Janne Rinne，Christof Ammann238

10.1引言238

10.2原理239

10.2.1采样间隔239

10.2.2响应时间239

10.2.3间断涡度协方差的定义240

10.3间断涡度协方差的实践应用241

10.3.1定点采样-间断涡度协方差方法241

10.3.2质量扫描-间断涡度协方差方法244

10.3.3利用间断涡度协方差方法减少数据传输和储存的负担246

10.4间断涡度协方差的频谱空间246

10.5间断涡度协方差的不确定性248

10.6间断涡度协方差方法的历史250

致谢251

参考文献251

第11章 森林生态系统涡度协方差通量测量&Bernard Longdoz，Andre Granier253

11.1引言253

11.2通量计算、选择及依赖性254

11.2.1高频损失校正254

11.2.2旋转方法254

11.2.3摩擦速率阈值254

11.2.4基于足迹的选择255

11.3辅助测量255

11.3.1冠层气体浓度的垂直廓线255

11.3.2叶面积指数256

11.3.3生物量估算256

11.3.4液流257

11.3.5可提取土壤水、贯穿降水量及茎流258

11.3.6热储存259

11.4生态系统管理及操作的影响259

参考文献259

第12章 农田生态系统涡度协方差通量测量&Christine Moureaux，Eric Ceschia，Nicola Arriga，Pierre Beziat，Werner Eugster，Werner L.Kutsch，Elizabeth Pattey262

12.1引言262

12.2测量系统265

12.2.1站点选择及与农场主的沟通265

12.2.2通量塔和气象站配置265

12.2.3测量高度267

12.2.4维护267

12.3通量计算268

12.4通量校正268

12.4.1储存项268

12.4.2夜间通量数据筛选268

12.5数据空缺填补和足迹估算269

12.6累积碳交换269

12.7其他测量269

12.8未来实验展望270

致谢270

参考文献271

第13章 草地生态系统涡度协方差通量测量&Georg Wohlfahrt，Katja Klumpp，Jean-Frangois Soussana273

13.1草地涡度协方差通量测量的历史回顾273

13.2草地涡度协方差通量测量的特性274

13.3从通量测量估算草地碳封存277

13.4其他测量278

13.5其他温室气体279

致谢280

参考文献280

第14章 湿地生态系统涡度协方差通量测量&Tuomas Laurila，Mika Aurela，Juha-Pekka Tuovinen285

14.1引言285

14.2历史概述286

14.3湿地生态系统特别需要考虑的因素291

14.4补充测量292

14.5冬季的涡度协方差测量294

14.6碳平衡和气候效应295

14.7结束语296

参考文献297

第15章 湖泊生态系统涡度协方差通量测量&Timo Vesala，Werner Eugster，Anne Ojala302

15.1引言302

15.2已有研究304

15.3湖面特定的设置问题305

15.3.1湖泊分层305

15.3.2CO2的水化学306

15.3.3陆地-湖泊交互306

15.3.4质量控制程序307

15.3.5设备安装309

参考文献309

第16章 城市生态系统涡度协方差通量测量&Christian Feigenwinter， Roland Vogt，Andreas Christen312

16.1引言312

16.1.1城市气候尺度313

16.1.2城市大气314

16.1.3城市大气的交换过程315

16.1.4城市表面-大气界面特征描述315

16.2城市涡度协方差测量的概念框架316

16.2.1湍流特性316

16.2.2体积平衡法318

16.2.2.1城市环境能量平衡研究背景下的湍流热通量318

16.2.2.2城市环境水分平衡研究背景下的蒸发散319

16.2.2.3城市新陈代谢研究背景下的CO2通量319

16.2.3其他痕量气体与气溶胶320

16.3城市涡度协方差站点选址的挑战321

16.4城市边界层特性对涡度协方差测量的影响321

16.4.1平流和储存322

16.4.2气流畸变323

16.4.3夜间通量问题、空缺填补和QC/QA325

16.4.4仪器检修与维护325

16.5总结与结论326

致谢326

参考文献326

第17章 数据管理、共享及合作&Dario Papale，Deborah A.Agarwal，Dennis Baldocchi，Robert B.Cook，Joshua B.Fisher，Catharine van Ingen330

17.1数据管理331

17.1.1功能331

17.1.2通量塔数据库333

17.1.3区域数据库333

17.1.3.1实例：欧洲涡度协方差通量数据库系统334

17.1.4FLUXNET的建立及其数据库335

17.2数据体验336

17.2.1数据贡献和反馈规则336

17.2.2通用命名/单位/汇报/版本337

17.2.2.1促进站点间分析：站点标签、变量和单位337

17.2.2.2数据发布338

17.2.2.3文件命名339

17.2.3辅助数据收集339

17.3数据使用者服务340

17.3.1数据产品：以fluxdata.org为例340

17.3.1.1使用者和使用实例340

17.3.1.2公共访问区域341

17.3.1.3特许用户访问区域341

17.3.1.4用以支持测量站点科学家的功能342

17.4数据共享和使用政策343

17.4.1数据共享动机343

17.4.2数据使用规则344

17.4.3其他荣誉的可能性346

参考文献346

符号索引348

缩写词和首字母缩写词354

索引356