渦度相關(guān)通量介紹與數(shù)據(jù)處理方法
1 什么是渦度相關(guān)通量（Eddy Covariance Flux）？
能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)是地圈、生物圈與大氣圈相互作用的重要紐帶，也是生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。渦度相關(guān)通量技術(shù)（Eddy Covariance, EC）是一種基于微氣象原理的觀測(cè)方法，通過測(cè)量垂直風(fēng)速與氣體濃度的瞬時(shí)變化，估算陸氣界面物質(zhì)（如CO?、水汽）與能量的交換通量。該方法通過計(jì)算垂直風(fēng)速與氣體或能量脈動(dòng)的協(xié)方差，能夠直接獲取植被冠層與大氣之間的能量和物質(zhì)交換，是目前國際上廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)通量觀測(cè)方法。相較于傳統(tǒng)的通量估算方法，渦度相關(guān)技術(shù)具有以下顯著優(yōu)勢(shì)：
整合性強(qiáng)：所測(cè)得的通量反映了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間的凈交換總量。例如，對(duì)CO?的觀測(cè)結(jié)果即為光合作用吸收與呼吸釋放的合成值，即凈生態(tài)系統(tǒng)交換量（NEE）。
時(shí)間連續(xù)性好：可實(shí)現(xiàn)全天候、全年無間斷的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，提供從分鐘、小時(shí)到日、月、年及年際等多時(shí)間尺度上的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)。
空間代表性強(qiáng)：通量塔的“感應(yīng)面積”可覆蓋數(shù)百平方米至數(shù)平方千米，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的小尺度測(cè)量方式。
隨著該技術(shù)在全球碳水循環(huán)研究中的廣泛應(yīng)用，長(zhǎng)期、連續(xù)的渦度通量觀測(cè)正為以下研究提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持與機(jī)理理解：生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力評(píng)估、水分與能量平衡分析、生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)反饋、區(qū)域與全球尺度模型的優(yōu)化與驗(yàn)證、以及極端氣候事件對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響。通過單點(diǎn)長(zhǎng)期觀測(cè)，可明確不同氣候區(qū)與植被類型下的碳水通量強(qiáng)度基線及其季節(jié)性與年際變異特征；而多站點(diǎn)的聯(lián)網(wǎng)觀測(cè)，則有助于揭示生態(tài)系統(tǒng)碳通量在區(qū)域與全球尺度的空間變異規(guī)律，進(jìn)一步探討溫度和降水等氣候因子在區(qū)域尺度上對(duì)碳通量格局的生物地理控制機(jī)制。渦度相關(guān)技術(shù)的原理與應(yīng)用可參考以下文章：
圖1 渦度相關(guān)技術(shù)通量觀測(cè)示意圖(以CO2通量觀測(cè)為例)（來源：陳世蘋等，2020）
2 渦度相關(guān)通量數(shù)據(jù)處理方法
通量數(shù)據(jù)處理一般遵循以下步驟：
1) 原始數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（如去除異常值、儀器錯(cuò)誤）。
2) 通量計(jì)算與坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)。
3) 通量修正
WPL 修正：考慮密度波動(dòng)引起的誤差
頻率響應(yīng)修正：補(bǔ)償儀器對(duì)高頻/低頻信號(hào)的衰減
u* 過濾：去除低湍流條件下的數(shù)據(jù)
4) 數(shù)據(jù)插補(bǔ)與間隙填補(bǔ)
5) 年尺度的GPP、Re、NEE推算。主要包括基于夜間NEE與溫度回歸，或者晝夜分割方法等。
