智慧林業(yè) | 渦度技術(shù)在林業(yè)碳匯中的應用
導語
隨著全球氣候變暖，減少溫室氣體排放、增加碳匯成為全球關(guān)注的焦點，林業(yè)碳匯作為一種重要的碳匯形式，對于減緩氣候變化具有重要意義。渦度技術(shù)作為直接測定碳交換的可靠方法，在林業(yè)碳匯研究中具有獨特優(yōu)勢，它能夠為林業(yè)碳匯能力的評估提供準確、連續(xù)的數(shù)據(jù)支持。
渦度技術(shù)的含義
渦度是一個三維矢量，定義為速度場的旋度，用來表示流體中某一點的旋轉(zhuǎn)程度，在氣象學應用中一般只考慮渦度的垂直分量，即圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的渦度分量，其垂直渦度等于相應角速度的二倍，平均渦度是平均角速度的二倍，可以通過斯托克斯（Stokes）定理得出。該技術(shù)通過測量和分析流體中的渦度（旋轉(zhuǎn)運動），來研究和理解流體的運動規(guī)律和特性。渦度的大小和方向可以反映出流體的旋轉(zhuǎn)情況，從而幫助分析流體的運動規(guī)律。渦度相關(guān)技術(shù)還包括渦量（某一區(qū)域內(nèi)的渦度總和）和渦旋（某一區(qū)域內(nèi)的渦量分布情況）等概念，這些概念在流體力學和氣象學中具有重要意義。
在工程領(lǐng)域中，渦度技術(shù)有著廣泛的應用。例如，在飛行器設計中，渦度技術(shù)可以幫助工程師更好地理解飛行器的空氣動力學特性，從而優(yōu)化設計方案。在水利工程中，渦度技術(shù)可以幫助工程師更好地理解水流的運動規(guī)律，從而優(yōu)化水利工程的設計和施工。在生態(tài)學研究中，渦度相關(guān)技術(shù)被用于測量大氣和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的氣體和能量通量，特別是在研究碳循環(huán)、水循環(huán)和能量平衡等方面。
渦度技術(shù)的特點
01、直接測量
渦度技術(shù)能夠直接測量森林與大氣之間的碳交換量，為評估森林碳匯能力提供準確、連續(xù)的數(shù)據(jù)支持。
02、高精度
渦度技術(shù)具有高精度測量碳通量的能力，能夠捕捉到森林生態(tài)系統(tǒng)中的微小變化。
03、長期監(jiān)測
通過渦度通量塔等設備，可以實現(xiàn)對森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量的長期、連續(xù)監(jiān)測，為評估森林碳匯能力提供長時間序列的數(shù)據(jù)。
渦度技術(shù)在林業(yè)碳匯中的應用
渦度技術(shù)在林業(yè)碳匯中的應用主要涉及森林生態(tài)系統(tǒng)中碳通量的測量和估算，特別是在研究森林碳匯能力、碳儲存和碳循環(huán)等方面。以下是對渦度技術(shù)在林業(yè)碳匯中應用的詳細解釋：
01、碳通量測量
渦度相關(guān)技術(shù)（Eddy Covariance Technique）是測量森林生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間碳通量的主要方法之一。該技術(shù)通過測量風速、溫度和二氧化碳濃度等參數(shù)的脈動變化，計算得出森林生態(tài)系統(tǒng)的凈碳交換量（NEE），即森林吸收和釋放二氧化碳的凈通量，該技術(shù)能夠提供長時間、連續(xù)、高頻率的碳通量數(shù)據(jù)，為準確評估森林碳匯能力提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。
02、碳儲存估算
結(jié)合渦度技術(shù)測量的碳通量數(shù)據(jù)，可以估算森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲存量。通過分析不同樹種、不同林齡、不同環(huán)境條件下的碳通量數(shù)據(jù)，可以了解森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲存動態(tài)和變化趨勢。同時渦度技術(shù)還可以與其他遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）等相結(jié)合，實現(xiàn)森林碳儲存量的空間分布和動態(tài)監(jiān)測。
03、碳循環(huán)研究
渦度技術(shù)有助于揭示森林生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)過程，包括光合作用、呼吸作用、土壤碳分解等。通過測量和分析碳通量數(shù)據(jù)，可以了解這些過程對森林碳匯能力的影響。還可以用于研究氣候變化對森林碳循環(huán)的影響，為應對氣候變化提供科學依據(jù)。
04、林業(yè)碳匯項目支持
渦度技術(shù)為林業(yè)碳匯項目的實施提供了技術(shù)支持。通過測量和估算森林碳匯能力，可以為林業(yè)碳匯項目的開發(fā)、管理和交易提供科學依據(jù)。在林業(yè)碳匯項目中，渦度技術(shù)還可以用于監(jiān)測和評估項目的碳匯效果，確保項目的質(zhì)量和效益。
綜上所述，渦度技術(shù)在林業(yè)碳匯中的應用主要體現(xiàn)在碳通量測量、碳儲存估算、碳循環(huán)研究以及林業(yè)碳匯項目支持等方面。該技術(shù)為準確評估森林碳匯能力、推動林業(yè)碳匯項目的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。
渦度技術(shù)碳匯監(jiān)測的應用案例
01、遼寧清原森林生態(tài)系統(tǒng)
遼寧清原森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站地處長白山余脈龍崗山北麓，這里是重要的生態(tài)屏障區(qū)，具有水源涵養(yǎng)、固碳增匯等功能，也是重要珍稀瀕危物種的棲息地。利用渦度技術(shù)構(gòu)建碳通量監(jiān)測平臺“科爾塔群”，監(jiān)測的三北工程項目區(qū)內(nèi)，現(xiàn)有森林每年每公頃固碳量接近兩噸。
“科爾塔群”每年采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)不需要科研人員攀塔收集，通過智慧網(wǎng)絡，實時回傳到“大本營”并進行分析。為森林結(jié)構(gòu)調(diào)控與功能優(yōu)化、碳中和目標實現(xiàn)等提供理論支持、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和調(diào)控技術(shù)，使森林為人類社會提供廣泛且可持續(xù)的生態(tài)服務。
02、海南島橡膠林碳匯研究項目
中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院橡膠所熱帶林業(yè)生態(tài)團隊基于橡膠林通量觀測站過去十三年(2010?2022)的渦度相關(guān)通量觀測數(shù)據(jù)綜合分析發(fā)現(xiàn)，橡膠林生態(tài)系統(tǒng)在區(qū)域碳循環(huán)及碳匯功能中發(fā)揮著不可忽視的作用。
研究人員以長期動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，聯(lián)合生物量清查法、渦度相關(guān)法和微氣象廓線法，構(gòu)建站點尺度橡膠林碳匯觀測技術(shù)體系，并利用多源長時序中分辨率遙感影像，結(jié)合物候生物物理特征，構(gòu)建出區(qū)域尺度的橡膠林遙感分類和樹齡反演方法。經(jīng)過嚴格的質(zhì)量控制和統(tǒng)計分析，首次提供了近9年(2010?2018)來熱帶橡膠林生態(tài)系統(tǒng)長時間序列的觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品，主要包括半小時、日、月及年尺度的海南儋州橡膠林通量和常規(guī)氣象數(shù)據(jù)，本數(shù)據(jù)集可為橡膠林生態(tài)系統(tǒng)評價和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供更多的依據(jù)和參考。
渦度技術(shù)的未來與展望
01、精度提升
隨著渦度技術(shù)的不斷發(fā)展和優(yōu)化，其在林業(yè)碳匯應用中的測量精度將進一步提高，為林業(yè)碳匯能力的準確評估提供更為可靠的數(shù)據(jù)支持。
02、廣泛應用
隨著林業(yè)碳匯項目的不斷增多和碳市場的不斷完善，渦度技術(shù)將在林業(yè)碳匯領(lǐng)域得到更廣泛的應用，為林業(yè)碳匯項目的開發(fā)、管理和交易提供有力支持。
03、融合創(chuàng)新
渦度技術(shù)將與其他遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）等相結(jié)合，實現(xiàn)林業(yè)碳匯數(shù)據(jù)的空間分布和動態(tài)監(jiān)測，推動林業(yè)碳匯領(lǐng)域的融合創(chuàng)新和發(fā)展。
結(jié)語
渦度技術(shù)作為一種先進的測量工具，在林業(yè)碳匯領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。雖然度技術(shù)在林業(yè)碳匯中的應用已經(jīng)取得了一定的成果，它能夠通過精確測量森林生態(tài)系統(tǒng)中的碳通量，為林業(yè)碳匯項目的監(jiān)測和評估提供可靠的數(shù)據(jù)支持。但是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的進一步拓展，渦度技術(shù)仍需不斷優(yōu)化和完善，以適應更廣泛、更復雜的林業(yè)碳匯項目需求。
