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合理评估涡动相关系统测量的准确性

来源:技术文章    发布时间:2022-06-24    浏览:115次


利用闭路涡动相关系统(CPEC)获取近地面层中CO2、H2O等温室气体的通量过程在环境生态学中有着广泛的应用,了解这些测量结果的准确性可以用来评估其适用范围。尽管气体分析仪对各种不确定性(零点漂移,增益漂移,交叉灵敏度和精密度)的范围有详细的说明,然而目前没有模型与方法将各种不确定性整合为总体不确定性,即准确性(Accuracy),而准确性往往是数据应用时最需要的。


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Campbell Scientific与中国科学院沈阳应用生态所“清原科尔塔群"研究团队采用国际标准对准确性的定义,推导出了气体分析仪测量CO2/H2O混合比的总体准确性模型。结果发现,总体准确性可由零点漂移(,α可为CO2或H2O)、增益漂移()和交叉灵敏度()和精度()来综合描述,这个模型将最大准确性范围表示为:


基于大气物理学理论和生态学背景,为在大气边界层和生态系统中获取的CO2和H2O有关数据的应用,适用性地评估了闭路涡动相关系统气体分析仪测量CO2和H2O的准确性。

结果如下:

一、气体分析仪的CO2准确性为±0.78 μmol CO2 mol-1(相对±0.18%),H2O准确性(±0.15 mmol H2O mol−1)。

二、精密度(precision)和交叉灵敏度(cross sensitivity)是次要的不确定性,而零点漂移和增益漂移(zero drift and gain drift)是主要的不确定性;同时指出了涡动相关系统在野外工作中自动标定的重要性。

三、在生态系统中,涡动相关系统的自动标定(包括零点和CO2/H2O跨度)可以将CO2的测量准确性提高36%(±0.74至±0.47 μmol CO2 mol-1);将H2O的测量准确性提高27%(±0.15至±0.11 mmol H2O mol-1)。


这项研究有两点主要发现

一、H2O的相对准确性应在一定条件下定义,笼统使用1%或2%定义是不合理的,且往往会误导数据使用者。合理的定义对科研工作者选择设备具有指导意义。

二、在低温(如冰点以下)或干旱地区,增益漂移对H2O测量准确性的影响可忽略。在寒冷的冬季,野外工作者不必担心对气体分析仪H2O的跨度订正。

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