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渦動(dòng)協(xié)方差（eddy covariance，EC）方法可以監(jiān)測(cè)大氣—森林的凈CO₂交換（net ecosystem exchange，NEE）^[1]，是監(jiān)測(cè)碳收支的主要手段。EC技術(shù)可以近乎沒(méi)有干擾地直接測(cè)量較大空間范圍的NEE，而且時(shí)間分辨率高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在諸多通量觀測(cè)技術(shù)中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)^[2]。可以說(shuō)，EC通量數(shù)據(jù)對(duì)于宏生態(tài)學(xué)研究和可持續(xù)發(fā)展研究的優(yōu)勢(shì)和潛在價(jià)值正逐步受到科技界的重視^[3]。在這一背景下，提高站點(diǎn)尺度的通量觀測(cè)精度將有助于推動(dòng)宏生態(tài)學(xué)的發(fā)展和提高碳循環(huán)的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)能力。

圖1渦動(dòng)協(xié)方差系統(tǒng)

圖片來(lái)源于/

NEE由CO₂湍流通量（CO₂ eddy flux，F_c）和儲(chǔ)存通量（CO₂ storage flux，F_s）組成^[4]，通過(guò)通量拆分即可得到總初級(jí)生產(chǎn)力（gross primary productivity，GPP）和生態(tài)系統(tǒng)呼吸（ecosystem respiration，R_e）^[2]。儲(chǔ)存通量的準(zhǔn)估算對(duì)碳匯監(jiān)測(cè)尤為重要。

在測(cè)定生態(tài)系統(tǒng)碳收支的問(wèn)題中，植被冠層或是湍流發(fā)展不充分阻礙了葉片和土壤產(chǎn)生的部分CO₂到達(dá)渦動(dòng)觀測(cè)高度，這部分因大氣CO₂儲(chǔ)存量變化導(dǎo)致的CO₂通量，稱為CO₂儲(chǔ)存通量。儲(chǔ)存效應(yīng)對(duì)二氧化碳通量的影響較大^[5]，尤其是森林生態(tài)系統(tǒng)。在長(zhǎng)白山闊葉紅松林儲(chǔ)存通量研究發(fā)現(xiàn)：在日尺度上忽略CO₂儲(chǔ)存通量會(huì)造成對(duì)NEE 低估10%。

圖2儲(chǔ)存通量、湍流通量和NEE的日變化比較

圖片來(lái)源于（張彌等，2010）

對(duì)于高大植被（如森林）來(lái)說(shuō)，在清晨與傍晚穩(wěn)定邊界層和白天對(duì)流混合層的過(guò)渡期，森林F_s變化會(huì)達(dá)到極大^[6-8]，并且隨著垂直梯度變化而變化，隨著高度的降低，CO₂儲(chǔ)存效應(yīng)越來(lái)越明顯。

圖3不同高度的CO₂儲(chǔ)存通量日變化

圖片來(lái)源于(wang et al., 2016)

在森林生態(tài)系統(tǒng)中，通量塔通常配置一套濃度廓線來(lái)估算儲(chǔ)存通量^[9]，CO₂廓線系統(tǒng)通過(guò)從地面到EC系統(tǒng)觀測(cè)高度的一系列垂直配置點(diǎn)監(jiān)測(cè)CO₂和H₂O濃度^[10]，可真實(shí)地反映冠層內(nèi)外CO₂濃度時(shí)空變化特征^[11,12]，可以更準(zhǔn)確地估算F_s^[6,13,14]。目前常用的廓線系統(tǒng)是AP100和AP200（Campbell Scientific Inc., USA），具有測(cè)量周期短（2 min）和自動(dòng)校準(zhǔn)的特點(diǎn)；而缺少廓線系統(tǒng)時(shí)，通常采用EC單點(diǎn)法估算F_s^[15]，由于塔頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)法監(jiān)測(cè)安裝高度下方CO₂濃度高且變化劇烈的層次，因此可能存在一定的局限性^[6,13]。在黃河小浪底的人工混交的研究發(fā)現(xiàn)：渦度相關(guān)法估算的人工混交林 CO₂ 儲(chǔ)存通量比廓線法所得結(jié)果偏低 9%^[16] 。

圖4 AP200廓線系統(tǒng)（Campbell Scientific Inc., USA）

圖片來(lái)源于/

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