Mesures des flux de CO2 sur les sites de covariance Eddy non-idéal
Summary
Le protocole présenté utilise la méthode de covariance des remous à des endroits non typiques, applicable à tous les types d’écosystèmes à canopée courte avec une superficie limitée, sur un site de lancer seau à vent actuellement reboisé en Pologne. Les détails de la mesure des règles d’configuration du site, des calculs de flux et du contrôle de la qualité, ainsi que l’analyse finale des résultats, sont décrits.
Abstract
Ce protocole est un exemple d’utilisation de la technique de covariance de remous (CE) pour étudier les flux nets de CO2 (production nette d’écosystème, NEP) dans des écosystèmes non typiques, sur une zone de jet de vent actuellement reboisée en Pologne. Après une tornade, un « corridor » relativement étroit a été créé dans les peuplements forestiers survivants, ce qui complique ce genre d’expériences. L’application d’autres techniques de mesure, telles que la méthode de chambre, est encore plus difficile dans ces circonstances, parce que surtout au début, les arbres tombés et en général une grande hétérogénéité du site fournissent une plate-forme difficile à effectuer mesures de flux, puis à bien haut de gamme obtenu des résultats. En comparaison avec les mesures communautaires standard effectuées dans les forêts intactes, le cas des zones de jet de vent nécessite une attention particulière en ce qui concerne l’emplacement du site et l’analyse des données afin d’assurer leur représentativité. Par conséquent, nous présentons ici un protocole de mesures continues en temps réel du flux CO2 sur un site Ce qui change dynamiquement et non l’idéal, qui comprend (1) l’emplacement du site et la configuration de l’instrumentation, (2) le calcul des flux, (3) le filtrage rigoureux des données et contrôle de la qualité, et (4) le remplissage des lacunes et les flux nets se divisent en respiration et absorption du CO 2. Le principal avantage de la méthodologie décrite est qu’elle fournit une description détaillée de la configuration expérimentale et de la performance de mesure à partir de zéro, qui peut être appliquée à d’autres écosystèmes spatialement limités. Il peut également être considéré comme une liste de recommandations sur la façon de traiter le fonctionnement non conventionnel du site, fournissant une description pour les non-spécialistes. Les valeurs obtenues de CO 2, vérifiéesde qualité, remplies d’écarts et d’une demi-heure, ainsi que les flux d’absorption et de respiration, peuvent enfin être agrégées en totaux quotidiens, mensuels, saisonniers ou annuels.
Introduction
Aujourd’hui, la technique la plus couramment utilisée dans les études d’échange de dioxyde de carbone de l’écosystème atmosphère-terre (CO2) est la technique de covariance des remous (CE)1. La méthode CE est utilisée depuis des décennies, et des descriptions complètes des questions concernant tous les aspects méthodologiques, techniques et pratiques ont déjà été publiées2,3,4. Par rapport à d’autres techniques utilisées à des fins similaires, la méthode CE permet d’obtenir les flux nets de CO2 à moyen spatial et temporel à partir de mesures automatiques ponctuelles qui tiennent compte de la contribution de tous les éléments dans des les écosystèmes, au lieu de mesures manuelles laborieuses (p. ex., techniques de chambre) ou l’exigence de prélever de nombreux échantillons1.
Parmi les écosystèmes terrestres, les forêts jouent le rôle le plus important dans le cyclisme C et de nombreuses activités scientifiques se sont concentrées sur l’étude de leur cycle de CO 2, le stockage du carbone dans la biomasse ligneuse et leurs relations mutuelles avec les conditions climatiques changeantes en à la fois la mesure directe ou la modélisation5. De nombreux sites communautaires, y compris l’un des plus longs enregistrements de flux6, ont été mis en place au-dessus de différents types de forêts7. Habituellement, l’emplacement du site a été soigneusement choisi avant le début des mesures, avec l’objectif de la zone la plus homogène et la plus grande possible. Bien que, dans les sites forestiers perturbés, tels que les jets de vent, le nombre de stations de mesure CE sont encore insuffisants8,9,10. L’une des raisons est les difficultés logistiques dans la mesure de l’aménagement du site et, surtout, un petit nombre d’emplacements apparaissant soudainement. Afin d’obtenir les résultats les plus informatifs dans les zones de lancer du vent, il est crucial de commencer dès que possible après un tel événement accidentel, ce qui peut causer des problèmes supplémentaires. Contrairement aux sites forestiers intacts, les mesures des CE sur les sites de lancers du vent sont plus difficiles et peuvent s’écarter des procédures déjà établies3. Étant donné que certains phénomènes de vent extrême créent des zones spatialement limitées, il est nécessaire d’avoir une position réfléchie de la station de mesure et un traitement minutieux des données afin de tirer autant de valeurs de flux fiables que possible. Des difficultés similaires dans l’application de la méthode EC se sont produites (p. ex., études de finition effectuées au-dessus d’un lac long mais étroit) où les flux de CO2 mesurés nécessitaient un filtrage rigoureux des données11,12 afin d’assurer leur représentativité spatiale.
Par conséquent, le protocole présenté est un exemple de l’utilisation de la méthode DES Ce à des endroits non typiques, conçu non seulement pour les zones de lancer du vent, mais pour tous les autres types de végétation courte avec la superficie limitée (par exemple, les terres cultivées situées entre les types de végétation plus grandes). Le plus grand avantage de la méthodologie proposée est une description générale des procédures compliquées, nécessitant des connaissances avancées, du choix de l’emplacement du site et de l’instrumentation mise en place jusqu’au résultat final : un ensemble complet de données complètes de CO2 de haute qualité Flux. La nouveauté technique du protocole de mesure est l’utilisation d’une construction de base unique pour le placement du système CE (p. ex., trépied à hauteur définie qui est une « mini-tour » avec un mât réglable à commande électrique, permettant de changer la hauteur finale de capteurs en fonction des besoins individuels).
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce protocole présente la méthode de covariance des remous (CE) à utiliser sur des sites non idéaux (ici un site de lancer sais à vent reboisé) : emplacement du site et configuration de l’infrastructure de mesure, calcul net des flux de CO2 et post-traitement, ainsi que quelques questions concernant procédures de partage des lacunes et des flux.
Même si la technique CE est couramment utilisée dans de nombreux sites de mesure à travers le monde, la plupart d’entre eux sont d…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été soutenue par un financement de la Direction générale des forêts d’État, Varsovie, Pologne (projet LAS, No OR-2717/27/11). Nous tenons à exprimer notre gratitude à l’ensemble du groupe de recherche du Département de météorologie de l’Université des sciences de la vie de Poznan, en Pologne, qui a participé à la mise en œuvre de ce protocole et à leur aide lors de la création de sa version visuelle.
Materials
| Adjustable mast with metal rails and electric engine (24 V) | maszty.net | – | Alternative basic construction. To be designed and made by professionals |
| EddyPro | LI-COR, Inc. | ver. 6.2.0. | Free commercial software for fluxes calculation. Available on a website: https://www.licor.com/env/products/eddy_covariance/software.html, on request |
| Enclosed-path infrared gas analyzer | LI-COR, Inc. | LI-7200 | One of two instruments of the eddy covariance system (EC) used for CO2 fluxes measurements. Other types of fast analyzers (>10Hz sampling frequency) can be used |
| REddyProc | – | – | Free software for EC fluxes gap filling and partitioning. Available on Max Planck Institute for Biogeochmistry: https://www.bgc-jena.mpg.de/bgi/index.php/Services/REddyProcWeb. Both online tool and R package are provided. |
| Short aluminum tower base with concrete foundation | maszty.net | – | Alternative basic construction (pioneering solution). To be designed and made by professionals |
| Sonic anemometer | Gill Instruments | Gill Windmaster | One of two instruments of the eddy covariance system (EC) used for wind speed measurements. Other types of three-dimensional sonic anemometers can be used |
| Stainless-steel tripod | Campbel Scientific, Inc. | CM110 10 ft | The basic construction for eddy covariance (EC) system. Can be constructed by yourself- materials to be found in a hardware store |
| Sunshine sensor | Delta-T Devices Ltd. | BF5 | One of the exemplary instruments for photosynthetic photon flux density measurements (PPFD). To be bought from several commercial companies. Remember to place it above the canopy, far from reflective surfaces. |
| Thermistors | Campbel Scientific, Inc. | T107 | One of the exemplary instruments for soil temperature measurements. To be bought from several commercial companies. It is advisable to have a profile of soil temperature |
| Thermohygrometer | Vaisala Oyj | HMP155 | One of the exemplary instruments for air temperature and humidity measurements. To be bought from several commercial companies. Remember to place it inside radiation shield at similar height as the EC system. |
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