[科普中国]-通量测定新技术

传统生态学是通过测量生态系统生物量和土壤呼吸的时间变化来确定净生态系统碳交换量的年变化，近年来涡度相关技术逐渐成为估算净生态系统碳交换量的一种重要方法，而这种方法的广泛使用是以长期的流体力学和微气象学的田间试验研究及微气象观测仪器、计算机技术的发展为基础，经过不断发展和改进才实现的。目前开路和闭路系统是使用最为广泛的两种涡度相关通量观测系统，也是各区域通量观测网络和全球通量网建立的技术平台( Baldocchi, 2003 )。

简介传统生态学是通过测量生态系统生物量和土壤呼吸的时间变化来确定净生态系统碳交换量的年变化，近年来涡度相关技术逐渐成为估算净生态系统碳交换量的一种重要方法，而这种方法的广泛使用是以长期的流体力学和微气象学的田间试验研究及微气象观测仪器、计算机技术的发展为基础，经过不断发展和改进才实现的。目前开路和闭路系统是使用最为广泛的两种涡度相关通量观测系统，也是各区域通量观测网络和全球通量网建立的技术平台( Baldocchi, 2003 )。1

航空地面观测在全球范围内用涡度相关技术进行通量测定虽然已经取得了可喜的成果，但因涡度相关技术本身还存在众多局限性，如只适用于平坦地形的通量测定、在复杂地形和植被上的观测结果具有较大的不确定性和误差；涡度相关观测的空间代表性及其观测覆盖的地表面积很有限涡度相关还无法准确地观测土壤呼吸及其各组分(自养呼吸和异养呼吸)等，要更全面准确地观测全球陆地生态系统通量及各组分、提高通量观测的空间代表性，迫切需要引进和开发新的观测技术。目前已经出现一种可替代的航空通量观测技术，航空地面观测已有近二十年的历史，但将航空观测与涡度相关技术相结合进行通量观测只是近几年才出现。因航空通量观测覆盖的面积大、空间区域代表性强，在欧洲通量网和一些大型国际研究计划中已开始启用航空通量观测技术。但由于航空通量观测本身容易受天气条件和航空技术的限制，目前还无法像地面通量塔那样进行长期的连续观测。此外航空涡度相关通量观测的footprint及其飞行距离都较大，很难保证下垫面的均质性，其观测结果较难与通量塔的结果进行直接比较；夜间大气微量气体浓度的垂直梯度大，航空观测结果与飞行高度密切相关，夜间的航空观测结果几乎无法使用。尽管如此，航空通量观测仍然具有相对优势并且在未来具有广泛的应用潜力，人们仍在努力改进航空观测的技术水平，减少其观测中的不确定性以提高结果的可靠性，期望在未来将航空观测与地面定点通量观测相结合，综合各种观测方法的优点，提高全球通量观测的区域代表性和观测结果的可靠性。1

涡动相关呼吸碳排放是陆地生态系统与大气同最重要的碳通量之一，由于人们对土壤呼吸的理解不够，从而限制了人类预测陆地生态系统对未来全球变化响应的能力。目前涡度相关测得的CO2通量(NEE)是生态系统光合作用碳吸收(GPP)与呼吸作用碳排放(Re)之间的净收支。估算陆地生态系统的初级生产力和量化生态系统呼吸强度，或验证生态系统碳循环模型参数和遥感植被指数，需要将观测的NEE分解为GPP和Re，并分别进行量化(Baldo·chi,2003)。目前常用的几种土壤呼吸观测方法都存在很多不足，如静态箱式法会改变观测箱内外的大气和土壤条件(水分、温度、风速等)，致使观测结果与真实值不符动态箱式法难以实现长期自动观测、难以区分生态系统的自养呼吸和异养呼吸。因此，开发和应用新的土壤呼吸仪器对于更准确地观测土壤呼吸及全球碳循环研究都具有重要的意义。FLUXNET研究群体已经认识到这一点，已将开发新的土壤呼吸仪器作为未来通量观测研究的重要内容之一。1

其他新方法此外，稳定性同位素技术、无线传感器、无线网络传输也是新兴起的观测技术。同位素观测技术在未来的通量观测中有巨大的应用潜力无线传感器和无线数据传输技术可以摆脱目前实验观测受到的电力限制、减少因传输距离造成的信号衰减、实现通量观测的实时数据监控，能大大提高通量观测的应用范围和观测精度，这些都是FLUXNET要提高和改进通量观测水平所急需采用的观测技术。

此外，在未来的通量观测中，不同空间尺度的联合观测及各种观测结果间的尺度转换是深入理解不同时空尺度上的碳循环过程及量化区域或全球碳收支的主要方法。目前已有较先进的仪器可测定叶片尺度的植物光合作用和根系呼吸作用(如LI-6400等光合测定系统)而涡度相关法已经成为一种观测群落尺度(10 km)生态系统交换量的有效手段并被广泛接受和应用航空观测是近些年新兴起的用来研究区域尺度(10km)的边界层大气运动及大气与地表植被闻微量气体和能量交换过程的观测手段，但目前这种技术还只是在欧洲部分地区试用。在不久的未来，若将航空通量观测应用到国家或区域通量观测网络，并与地面定点观测及全球卫星遥感观测相结合，将有助于人们估算区域植被一大气的通量及评价全球碳循环和碳收支状况。此外，不同尺度的地面观测资料还可以验证和参数化各种大气传输模型以及生态系统过程模型，改善模型模拟结果的精确度，提高模型在尺度转换计算和预测过程中的精度，最终减小全球碳循环和碳收支研究中的不确定性。1

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学