플럭스넷

FLUXNET
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플럭스넷(FLUSNET)은 에이드 공분산법을 사용하여 생물권과 대기권 사이의 이산화탄소, 수증기, 에너지 등의 교환을 측정하는 지구적 마이크로물리학적 타워 사이트 네트워크다.플럭스넷(FLUSNET)은 과학계에 데이터를 수집, 보관, 배포하는 인프라를 제공하는 글로벌 '지역 네트워크 네트워크'이다.사이트 간 비교가 용이하도록 서로 다른 플럭스 네트워크를 교정하는 데 효과가 있으며, 과학자 간 지식과 데이터의 유통을 위한 포럼을 제공한다.[1]

2014년 4월 현재 지속적으로 장기 운영 중인 타워 부지는 683개가[citation needed] 넘는다.연구자들은 또한 탑 부지의 식물, 토양, 미량 가스 흐름, 수문학, 기상학적 특성에 대한 데이터를 수집한다.

과학적 목표

플럭스넷은 대기 중 이산화탄소 수치의 총 변화를 감시하는데 사용될 수 있다.

FLUSNET 웹사이트에 따르면, 프로젝트의 목표는 다음과 같다.[2]

  1. "자연생태계 내부와 기후변화에 걸쳐 경험할 수 있는 이산화탄소 및 수증기환율의 공간적 차이를 수량화"
  2. "탄소, 물 및 에너지 플럭스 밀도의 시간적 역학 및 변동성(계절, 연간)을 수량화하기 위해, 그러한 데이터를 통해 우리는 페놀로지, 가뭄, 열 주문, 엘니뇨, 성장기 길이 및 캐노피 스케일 플럭스에 눈 존재 또는 부재에 대한 영향을 조사할 수 있다."
  3. "오만, 온도, 토양 수분, 광합성 용량, 영양, 캐노피 구조, 생태계 기능 유형의 변화에 따른 이산화탄소 및 수증기 유량의 변화를 수량화한다."

역사

플럭스넷 네트워크의 성장

과학자들은 1950년대 말부터 지구 표면과 대기 사이의 수증기와 이산화탄소 교환을 측정해 왔다.상대적으로 개발되지 않은 컴퓨팅 능력과 솔리드 스테이트 측정 능력 때문에 정확한 측정을 할 수 있는 것이 거의 불가능했다.존 몬테이스와 같은 초기 과학자들은 다양한 자연 환경에서 플럭스를 반정확하게 평가하기 위해 "플럭스 그라데이션" 방법을 사용했다.몬테이스와 같은 과학자들의 연구는 플럭스 그라데이션 방법이 높은 숲에서 미량 가스 교환을 측정할 때 필요한 만큼 정확하지 않다는 것을 깨달았다.결국, 그들은 그들의 모델의 몰락은 "어려운 하위 계층에서의 대규모 운송"에 의해 야기된다는 것을 깨달았다.[1]이러한 데이터가 부정확한 이유는 모닌-오부호프 스케일링 이론에서 비롯된다고 가정했다.

디지털 기술이 1970년대와 80년대에 걸쳐 발전함에 따라, 에디 공분산 기법이라고 알려진 것으로 플럭스를 고급으로 측정하는 수단을 제공하기 위해 필요한 센서와 디지털 하드웨어의 발전도 이루어졌다.이 방법뿐만 아니라 디지털 데이터 저장의 추가적인 발전으로 호기심 많은 과학자들이 장기간 이러한 황량 측정을 할 수 있게 되었고, 결과적으로 생물권의 연간 이산화탄소와 수증기 변화를 감지하게 되었다.이러한 기법이 과학계에 더욱 널리 보급됨에 따라, 더 많은 연구 단체들이 주도적으로 추가 측정 장소를 설립하였다.결국, 여러 조사관의 도움을 받아 넓은 지역에 걸쳐 유동성 연구를 할 수 있는 충분한 부지가 설립되었다.그러한 연구의 한 예가 "생물생태계-대기권 연구"[3]이다.

이러한 프로젝트의 성공과 함께, 참여 과학자들은 그들의 데이터를 통합하고 학계 구성원들과 일반 대중들에게 접근을 제공하는 데 사용될 수 있는 센서 사이트의 글로벌 네트워크를 만드는 아이디어를 탐구하기 시작했다.1995년 이탈리아 라 툴레에서 열린 회의에서 기고 과학자들은 그러한 네트워크의 실현 가능성에 대해 논의하기 시작했다.이번 회의의 성공적 마무리로 센서 부지 설치율과 지역 네트워크 성장률이 높아졌다.결국 유로플룩스 네트워크는 1996년에 열렸고 곧이어 1997년에 아메리플룩스 네트워크가 되었다.NASA는 이 두 개의 네트워크에 대한 과학계의 열정과 지상의 미량 가스 데이터를 지구 관측 위성으로부터 얻은 데이터와 통합할 수 있는 가능성을 보고, 마침내 1998년에 플럭스넷 프로젝트 전체에 자금을 지원했다.

2002년에 FLUSNET은 NOAA 관찰 시스템 아키텍처(NOSA)에 추가되었다.

향후 부지 계획

최적의 장소는 이곳 톤지 목장 부지처럼 균일한 초목과 최소한의 지형적 장애가 있다.

미래 FLUSNET 사이트는 획득한 데이터의 바람직한 정확도에 따라 계획된다.표면과 대기 사이의 유동성을 결정하는 데 사용되는 현재의 모델로는, 탑을 균일한 식물성 덮개와 지형의 간섭을 최소화한 지역에 배치하는 것이 바람직하다.지형이나 발전소 덮개의 편차는 탑의 높이를 따라 일정한 기체 유속을 방지할 수 있다.

센서 어레이의 또 다른 중요한 부분은 그것이 놓여있는 탑이다.센서 타워는 다음에 따라 특정 설계 기준에 적합해야 한다.

  1. 그 지역의 초목의 높이
  2. 평균 풍속
  3. 센서의 샘플링 시간

전형적으로, 농경지에서 플럭스를 감시하고 있는 조사관들은 그들의 센서를 땅 가까이에 둔다.한편, 높은 숲의 유속을 측정하기를 원하는 과학자들은 그들의 센서를 상대적으로 높은 비계 위에 올려놓아야 한다.크기의 차이는 초목 때문에 땅과 가까운 곳에 형성되는 경계 층에 기인한다.타워 자체에서 발생하는 난류를 최소화하기 위해 계측기를 타워 상단에 배치하고 붐의 도움으로 몇 발짝을 상쇄하는 경우가 많다.

계측 및 데이터 처리

소닉 애네모미터와 적외선 가스 분석기는 미량 가스 유량을 측정하는 데 필요한 필수 요소다.

대부분의 플럭스넷 현장에는 최소 센서가 있어 풍속은 물론 문제의 미량 기체 농도를 정확하게 측정한다.필요한 데이터를 얻기 위해, 탑들은 습도를 측정하기 위해 소닉 애너모미터, 적외선 가스 분석기, 그리고 몇몇 센서를 사용하는 것이 일반적이다.이러한 도구는 생물권의 기체 유량의 에디 공분산 모델에 넣는데 필요한 변수를 제공하기 때문에 필요하다.[4]

주요 기사:에디 공분산

에디 공분산 기법의 이면에 있는 원리는 공기 구획이 대기 중에 에디와 같은 특성을 가지고 있다는 것이다.즉, 미량 가스가 식물에 의해 재생될 때, 그 속도는 3D 벡터로 나타낼 수 있다.이러한 정밀한 풍속계를 사용하는 목적은 풍속 성분의 값을 3차원으로 측정하는 것이다.적외선 가스 분석기와 습도 센서를 이용해 공기 샘플 내 수증기 및 미량 가스 농도를 측정해 해당 기체의 질량 유량을 빠르게 알아내는 컴퓨터로 보낸다.이 질량 흐름은 플럭스넷 프로젝트를 대기 중 미량 가스 흐름의 장기적인 변화를 감시하려는 과학자들에게 귀중한 도구로 만든다.

주요 기사:풍속계 § 초음파 풍속계

현재 시장에는 다양한 형태의 풍속계가 존재한다.불행히도 대부분의 풍속계는 한 평면에서만 풍속을 측정할 수 있고 일정한 시동 풍속이 필요하다.소닉 음속계는 움직이는 공기를 통해 초음파 음파를 통과시켜 풍속을 측정하는 솔리드 스테이트 장치다.풍속이 변화함에 따라 공기의 밀도와 밀도가 변화하면 음속의 속도도 변화한다.초음파 음파가 방출기에서 센서로 이동하는 데 걸리는 시간의 변화를 측정함으로써, 음속계는 방향뿐만 아니라 전체 공기 속도를 측정할 수 있다.[5]

주요 기사:적외선 가스 분석기
습도계의 예

이 센서는 적외선 빛이 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 등 스펙트럼 내 다양한 파장에서 다양한 기체에 흡수되기 때문에 작동한다.농도를 측정하기 위해, 한 줄기 빛이 공기 샘플로 방출된다.적외선 빔의 입력과 출력의 차이를 측정함으로써 센서는 샘플 내 미량 가스의 양을 결정할 수 있다.[6]적외선 가스 분석기는 두 가지 구성을 갖는 것이 일반적이다.센서 본체 외부 공기를 통해 적외선 빔을 쏘는 '오픈 디자인'이 작동한다.한편 밀폐된 실내의 미량 가스 농도를 측정하여 센서 본체로 공기를 빨아들이는 방식으로 밀폐된 설계가 이루어진다.일반적으로 개방 센서는 양극계에서 0.5m 이내에 위치하며 폐쇄형 센서는 공기 샘플을 얻기 위해 양극계 내부에 장착된 수집 튜브를 사용한다.[1]

주요 기사:히그미터

히그로게미터는 공기 중의 수증기 농도를 알아내는 데 사용되는 필수 도구다.불행하게도, 수증기는 적외선 범위에서 몇 개의 빛의 주파수를 흡수하며, 이들 대역의 대부분은 미량 기체의 주파수와 겹친다.수증기를 고려하지 않으면 적외선 가스 분석기는 잘못된 데이터를 제공할 것이다.이 문제를 해결하기 위해서는 정확한 수증기 측정이 필요하다.솔리드 스테이트 Hygrometer는 작은 공극으로 분리된 두 개의 금속판을 갖도록 설계되었다.공기 중의 습도 수준이 다르기 때문에 공극의 캐패시턴스가 변화한다.이는 플레이트에 고주파 AC 전압을 인가하고 RC 회로를 통해 캐패시턴스를 측정함으로써 측정할 수 있다.

플럭스넷 사이트

2009년 플럭스넷 사이트의 국제 위치를 보여주는 지도

야티르 숲, 이스라엘

네게프 사막 가장자리에 있는 야티르 숲.
바이즈만 연구소 연구탑.

이스라엘 주는 이 나라 땅덩어리의 60%를 차지하지만 인적이 드문 네게프 사막의 숲을 이루고 있다.[7]야티르 숲은 네게프 사막 가장자리의 헤브론산 남쪽 경사면에 위치해 있다.30평방킬로미터(30평방킬로미터)의 두남 3만개의 면적을 차지하고 있는 이곳은 이스라엘에서 가장 큰 식재림이다.[8]토라[9][10] 더 야티르 숲은 NASA의 연구 프로젝트 플럭스넷의 탑지로서, 영토 내에 있는 고대 레위트 도시인 야티르의 이름을 따서 명명되었다.야티르 숲에서는 기후변화의 도전에 부응하기 위해 근대 이스라엘 과학연구가 다수 실시되고 있는데, 이는 특정 상황에서 급격한 식물 손실과 사막화를 초래할 수 있다.[11][12]Weizmann Institute of Sciency의 연구는, Sde Boker의 사막 연구소와 협력하여, 나무가 공기 중의 탄소의 함정으로 기능한다는 것을 보여주었다.[13][14]사막에 심은 나무가 제공하는 그늘도 희박한 강우량의 증발을 줄여준다.[13]아라바 환경연구소는 야티르 숲 근처에서 재배되는 대추나무와 포도 등의 작물을 중심으로 야티르 숲에서 연구를 실시한다.[15][16]이 연구는 건조지역과 식염수 지역에 새로운 작물을 도입하기 위한 프로젝트의 일환이다.[17]

말레이시아 사라왁의 말루담 국립공원

말레이시아는 동남아시아에서 인도네시아(2100만 ha)에 이어 두 번째로 큰 열대지방(240만 ha)을 보유하고 있다.한편, 말레이시아 사라왁 주는 말레이시아의 65%를 차지하고 있다.그러나 농경지 재배는 농업에 중요한데, 이러한 지역에서 작물을 재배하면 온실효과를 줄이기 위해 탄소제거원이 되기보다는 공기 중으로 더 많은 온실가스를 방출하게 될 것이라는 우려가 있다.따라서 사라왁 열대완두연구소는 FLUSNET 현장의 글로벌 네트워크의 일환으로 피아트랜드 생태계의 탄소 균형을 측정하기 위해 말라와크에 있는 3개의 에디 공분산 플럭스 타워 중 하나를 주최하기로 말루담 국립공원을 선택했다.[18][19]국립 공원은 열대 이탄 늪 숲으로 덮여 있다.[18]

참조

  1. ^ a b c Baldocchi, Dennis; Falge, Eva; Gu, Lianhong; Olson, Richard; Hollinger, David; Running, Steve; Anthoni, Peter; Bernhofer, Ch; Davis, Kenneth; Evans, Robert; Fuentes, Jose; Goldstein, Allen; Katul, Gabriel; Law, Beverly; Lee, Xuhui; Malhi, Yadvinder; Meyers, Tilden; Munger, William; Oechel, Walt; Paw, K. T.; Pilegaard, Kim; Schmid, H. P.; Valentini, Riccardo; Verma, Shashi; Vesala, Timo; Wilson, Kell; Wofsy, Steve (2001). "FLUXNET: A New Tool to Study the Temporal and Spatial Variability of Ecosystem–Scale Carbon Dioxide, Water Vapor, and Energy Flux Densities". Bulletin of the American Meteorological Society. 82 (11): 2415–2434. Bibcode:2001BAMS...82.2415B. doi:10.1175/1520-0477(2001)082<2415:FANTTS>2.3.CO;2. ISSN 0003-0007. open access
  2. ^ goals of the Fluxnet project[데드링크]
  3. ^ Sellers, P.; Hall, F.; Ranson, K.J.; Margolis, H.; Kelly, B.; Baldocchi, D.; Den Hartog, G.; Cihlar, J.; Ryan, M.G.; et al. (1995), "The Boreal Ecosystem–Atmosphere Study (BOREAS): an Overview and Early Results from the 1994 Field …", Bulletin of the American Meteorological Society, 76 (9): 1549–1577, doi:10.1175/1520-0477(1995)076<1549:TBESAO>2.0.CO;2
  4. ^ Baldocchi, D.D.; Hincks, B.B.; Meyers, T.P. (1988), "Measuring Biosphere–Atmosphere Exchanges of Biologically Related Gases with Micrometeorological Methods", Ecology, 69 (5): 1939–9170, doi:10.2307/1941631, JSTOR 1941631
  5. ^ 미국 특허 4,031,756
  6. ^ 미국 특허 4,914,719
  7. ^ 알론 탈 교수, 미트라니 사막 생태학부, 블로스틴 사막 연구 연구소, 네게브 벤 구리온 대학."2003-2005년 이스라엘, 2003-2005년 유엔 사막화 방지 협약" 웨이백 기계에 보관된 2011-05-26; 이스라엘 주, 2006년 7월
  8. ^ 야티르 숲 심기
  9. ^ 제사장 아론의 자녀들은 헤브론과 그 교외와 그 교외와 그 교외와 그 교외와 그 교외와 그 교외와 그 교외와 에스드모아에게 주었다. (여호수아 21장 13절-14절)현재 야티르 숲 안에 위치한 고대 팔레스타인 회당인 애니멀 회당(CE 4~7세기)이 있다.
  10. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2012-07-08. Retrieved 2018-09-20.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  11. ^ Sahney, S., Benton, M.J. & Falcon-Lang, H.J. (2010), "Rainforest collapse triggered Pennsylvanian tetrapod diversification in Euramerica" (PDF), Geology, 38 (12): 1079–1082, doi:10.1130/G31182.1.{{citation}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  12. ^ Bachelet, D; R.Neilson, J.M.Lenihan, R.J.Drapek (2001), "Climate Change Effects on Vegetation Distribution and Carbon Budget in the United States" (PDF), Ecosystems, 4 (3): 164–185, doi:10.1007/s10021-001-0002-7, S2CID 15526358.{{citation}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  13. ^ a b 사막 하아레츠에 나무를 심으면 얻는 혜택
  14. ^ KKL-JNF 야티르 숲 조림 협력
  15. ^ 얀 아르튀스-베르탱의 뷔 뒤 시엘 문서
  16. ^ 2000년 된 씨앗은 2012-02-20년 웨이백 머신에 보관된 아라바에서 자란다.
  17. ^ MERC 프로젝트 M-20-0-18 웨이백 기계에 2012-01-11로 보관
  18. ^ a b "Tropical Peatland – A Strong Carbon Sink?". Asiaflux. May 2013. Archived from the original on 14 December 2020. Retrieved 14 December 2020.
  19. ^ "General site information MY-MLM". FLUXNET. Archived from the original on 14 December 2020. Retrieved 14 December 2020.

추가 읽기

  • Baldocchi, D.D. (2008). "'Breathing' of the Terrestrial Biosphere: Lessons Learned from a Global Network of Carbon Dioxide Flux Measurement Systems". Australian Journal of Botany. 56: 1–26. doi:10.1071/bt07151.
  • 홀튼, 제임스 R. (2004)"다이나믹 기상학 입문"ISBN 0-12-354015-1

외부 링크

지역 FLUSNET 웹 사이트