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涡度协方差技术——测量及数据分析的实践指导

样章
作者：
郭海强 邵长亮 董刚
定价：
69.00元
ISBN：
978-7-04-045176-4
版面字数：
570千字
开本：
16开
全书页数：
360页
装帧形式：
平装
重点项目：
暂无
出版时间：
2016-06-06
读者对象：
学术著作
一级分类：
自然科学
二级分类：
生态
三级分类：
生态科学

本书为涡度协方差的使用者提供了测量所需的理论及实践方面的详细信息，包括涡度协方差方法的理论基础，建塔和站点设计，数据采集、处理和空缺填补，通量测量和校正等，并具体描述了在不同生态系统（ 如森林、农田、草地等）环境下开展通量测量的特殊要求。最后一章通过实例分析了当前国际上涡度协方差通量数据库基本情况及数据共享的方法。

本书能更有效地推进涡度协方差技术在我国的应用，真正为一线工作人员提供帮助，可供生态、环境、地理及相关学科的研究生、科研人员和教师参考。

  • 前辅文
  • 第1章 涡度协方差方法Thomas Foken, Marc Aubinet, Ray Leuning
    • 1.1 历史
    • 1.2 背景知识
      • 1.2.1 涡度协方差测量的背景
      • 1.2.2 雷诺分解
      • 1.2.3 标量定义
    • 1.3 单点守恒方程
      • 1.3.1 干空气质量守恒（连续性）方程
      • 1.3.2 动量守恒方程
      • 1.3.3 标量守恒方程
      • 1.3.4 焓方程
    • 1.4 积分关系
      • 1.4.1 干空气收支方程
      • 1.4.2 标量收支方程（广义涡度协方差方法）
    • 1.5 谱分析
      • 1.5.1 湍流的谱分析
      • 1.5.2 大气湍流的谱分析
      • 1.5.3 传感器筛选
      • 1.5.4 高度和风速测量的影响因素
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第2章 测量、建塔及站点设计考虑J.William Munger, Henry W. Loescher, Hongyan Luo
    • 2.1 引言
    • 2.2 通量塔的考虑事项
      • 2.2.1 通量塔设计的理论考量
      • 2.2.1.1 多样的生态系统和环境
      • 2.2.1.2 通量塔结构对周围气流的物理影响
      • 2.2.1.3 水平支撑杆的大小
      • 2.2.1.4 塔偏转和振动
      • 2.2.1.5 在高冠层林窗处的回流区
      • 2.2.2 塔的设计与科学要求
      • 2.2.2.1 塔的选址要求
      • 2.2.2.2 塔的结构要求
      • 2.2.2.3 塔的高度要求
      • 2.2.2.4 塔的大小要求
      • 2.2.2.5 仪器方向要求
      • 2.2.2.6 塔安装和站点影响要求
    • 2.3 超声风速仪
      • 2.3.1 基本原理
      • 2.3.2 问题及校正
      • 2.3.3 超声选择、位置和使用要求
    • 2.4 涡度CO2/H2O分析仪
      • 2.4.1 基本介绍
      • 2.4.2 闭路系统
      • 2.4.2.1 绝对和差分模式
      • 2.4.2.2 闭路传感器的管道需求
      • 2.4.2.3 CO2校准
      • 2.4.2.4 水汽校准
      • 2.4.3 开路系统
      • 2.4.3.1 安装和维护
      • 2.4.3.2 校准
      • 2.4.4 开路和闭路的优缺点
      • 2.4.5 窄波段光谱CO2传感器
    • 2.5 廓线测量
      • 2.5.1 测量层数的要求
      • 2.5.2 廓线混合比测量要求
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第3章 数据采集与通量计算Corinna Rebmann, Olaf Kolle, Bernard Heinesch, Ronald Queck, Andreas Ibrom, Marc Aubinet
    • 3.1 数据传输与采集
    • 3.2 原始数据的通量计算
      • 3.2.1 气象单元中的信号转换
      • 3.2.1.1 来自超声风速仪的风分量和声速
      • 3.2.1.2 来自气体分析仪的浓度
      • 3.2.2 原始数据的质量控制
      • 3.2.3 方差及协方差计算
      • 3.2.3.1 平均值与波动计算
      • 3.2.3.2 时滞判定
      • 3.2.4 坐标旋转
      • 3.2.4.1 坐标系及其方位选择的要求
      • 3.2.4.2 坐标转换方程
      • 3.2.4.3 旋转角度确定
    • 3.3 通量确定
      • 3.3.1 动量通量
      • 3.3.2 浮力通量和感热通量
      • 3.3.3 潜热通量和其他痕量气体通量
      • 3.3.4 其他参数的推导
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第4章 校正和数据质量控制Thomas Foken, Ray Leuning, Steven R. Oncley, Matthias Mauder, Marc Aubinet
    • 4.1 通量数据校正
      • 4.1.1 已经包含在原始数据分析中的校正（第3章）
      • 4.1.2 将浮力通量转换为感热通量（SND校正）
      • 4.1.3 频谱校正
        • 4.1.3.1 引言
        • 4.1.3.2 高频损失校正
        • 4.1.3.3 低频损失
      • 4.1.4 WPL校正
        • 4.1.4.1 引言
        • 4.1.4.2 开路系统
        • 4.1.4.3 WPL与不完美的仪器设备
        • 4.1.4.4 闭路系统
      • 4.1.5 传感器特定的校正
        • 4.1.5.1 超声风速仪的气流畸变校正
        • 4.1.5.2 LiCor 7500开路气体分析仪的传感器头端加热校正
        • 4.1.5.3 氪湿度计KH20的校正
        • 4.1.5.4 CH4和N2O分析仪的校正
      • 4.1.6 不推荐的校正
      • 4.1.7 总体数据校正
    • 4.2 能量平衡不闭合的影响
      • 4.2.1 能量平衡不闭合的原因
      • 4.2.2 能量平衡不闭合的校正
    • 4.3 数据质量分析
      • 4.3.1 涡度协方差测量的质量控制
      • 4.3.2 是否符合理论要求的测试
        • 4.3.2.1 稳态测试
        • 4.3.2.2 充分发展湍流条件的测试
        • 4.3.3 总体质量标记系统
    • 4.4 经过校正和质量控制后湍流通量的准确性
    • 4.5 可用的校正软件概述
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第5章 夜间通量校正Marc Aubinet, Christian Feigenwinter, Bernard Heinesch, Quentin Laffineur, Dario Papale, Markus Reichstein, Janne Rinne, Eva Van Gorsel
    • 5.1 引言
      • 5.1.1 历史
      • 5.1.2 夜间通量误差存在的证据
        • 5.1.2.1 与自下而上方法的比较
        • 5.1.2.2 通量对摩擦风速的敏感性
        • 5.1.3 问题的起因
    • 5.2 这个问题真的很重要吗？
      • 5.2.1 在什么情况下应当校正夜间通量误差？
      • 5.2.2 储存量在夜间通量误差中起什么作用？
      • 5.2.3 夜间通量误差对长期碳封存估算有什么影响？
      • 5.2.4 夜间通量误差对函数关系有什么影响？
      • 5.2.5 夜间通量误差对其他通量有什么影响？
    • 5.3 筛选程序如何实现？
      • 5.3.1 基本原则
      • 5.3.2 筛选标准的选择
      • 5.3.3 筛选应用
      • 5.3.4 评估
    • 5.4 校正程序
      • 5.4.1 筛选+数据填补
      • 5.4.2 ACMB方法
        • 5.4.2.1 历史
        • 5.4.2.2 流程
        • 5.4.2.3 评估
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第6章 数据空缺填补Dario Papale
    • 6.1 引言
    • 6.2 空缺填补：为什么以及何时需要？
    • 6.3 空缺填补方法
      • 6.3.1 气象数据的空缺填补
      • 6.3.2 一般规则与策略（长缺失）
        • 6.3.2.1 受人工管理和干扰的站点
      • 6.3.3 方法描述
        • 6.3.3.1 平均日变化法
        • 6.3.3.2 查表法
        • 6.3.3.3 人工神经网络法
        • 6.3.3.4 非线性回归法
        • 6.3.3.5 过程模型
    • 6.4 不确定性与质量标记
    • 6.5 结束语
    • 参考文献
  • 第7章 不确定性的量化Andrew D. Richardson, Marc Aubinet, Alan G. Barr, David Y. Hollinger, Andreas Ibrom, Gitta Lasslop, Markus Reichstein
    • 7.1 引言
      • 7.1.1 定义
      • 7.1.2 误差类型
      • 7.1.3 不确定性的描述
      • 7.1.4 目标
    • 7.2 通量测量的随机误差
      • 7.2.1 湍流抽样误差
      • 7.2.2 仪器误差
      • 7.2.3 足迹的变化
      • 7.2.4 量化总随机不确定性
      • 7.2.5 随机不确定性的整体模式
      • 7.2.6 在更长时间尺度上的随机不确定性
    • 7.3 通量测量的系统误差
      • 7.3.1 未满足的假设及方法上的挑战带来的系统误差
      • 7.3.2 源自仪器校准和设计的系统误差
        • 7.3.2.1 校准的不确定性
        • 7.3.2.2 峰值
        • 7.3.2.3 超声风速仪误差
        • 7.3.2.4 红外气体分析仪误差
        • 7.3.2.5 高频损失
        • 7.3.2.6 密度波动
        • 7.3.2.7 仪器表面热交换
      • 7.3.3 与数据处理相关的系统误差
        • 7.3.3.1 去倾和高通滤波
        • 7.3.3.2 坐标旋转
        • 7.3.3.3 数据填补
        • 7.3.3.4 通量划分
    • 7.4 闭合生态系统碳收支
    • 7.5 结论
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第8章 足迹分析llar Rannik, Andrey Sogachev, Thomas Foken, Mathias Gckede, Natascha Kljun,Monique Y. Leclerc, Timo Vesala
    • 8.1 足迹的概念
    • 8.2 用于大气边界层的足迹模型
      • 8.2.1 分析型足迹模型
      • 8.2.2 拉格朗日随机方法
      • 8.2.3 前推及后推拉格朗日随机模型
      • 8.2.4 大气边界层足迹
      • 8.2.5 大气边界层的大涡模拟
    • 8.3 高大植被的足迹模型
      • 8.3.1 森林冠层的足迹
      • 8.3.2 足迹对传感器和源高度的依赖
      • 8.3.3 高阶矩的影响
    • 8.4 复杂景观及非均一冠层
      • 8.4.1 闭合模型方法
      • 8.4.2 模型验证
      • 8.4.3 闭合模型的足迹估算
      • 8.4.4 复杂地形上的足迹
      • 8.4.5 在城市区域的模拟
    • 8.5 使用足迹模型进行质量评估
      • 8.5.1 质量评估方法论
      • 8.5.2 基于分析型和拉格朗日随机足迹模型的站点评估
      • 8.5.3 适用性与限制
    • 8.6 足迹模型验证
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第9章 净通量划分Markus Reichstein, Paul C. Stoy, Ankur R. Desai, Gitta Lasslop, Andrew D. Richardson
    • 9.1 动机
    • 9.2 概念
    • 9.3 标准方法
      • 9.3.1 概述
      • 9.3.2 基于夜间数据的方法
        • 9.3.2.1 模型构成：温度-测量
        • 9.3.2.2 Reco模型构成
        • 9.3.2.3 挑战：呼吸作用的其他驱动因子
        • 9.3.2.4 挑战：光合作用-呼吸作用耦合及生态系统内的传输
      • 9.3.3 基于日间数据的方法
        • 9.3.3.1 模型构成：NEE光响应
        • 9.3.3.2 挑战：其他驱动因子及FLUXNET数据库数据库方法
        • 9.3.3.3 未解决的问题及未来工作展望
    • 9.4 其他思考及新方法
      • 9.4.1 振荡模式
      • 9.4.2 模型参数化
      • 9.4.3 用高频数据进行通量划分
      • 9.4.4 使用稳定同位素技术进行通量划分
      • 9.4.5 气室法
      • 9.4.6 水汽通量的划分
    • 9.5 建议
    • 参考文献
  • 第10章 间断涡度协方差方法Janne Rinne, Christof Ammann
    • 10.1 引言
    • 10.2 原理
      • 10.2.1 采样间隔
      • 10.2.2 响应时间
      • 10.2.3 间断涡度协方差的定义
    • 10.3 间断涡度协方差的实践应用
      • 10.3.1 定点采样-间断涡度协方差方法
      • 10.3.2 质量扫描-间断涡度协方差方法
      • 10.3.3 利用间断涡度协方差方法减少数据传输和储存的负担
    • 10.4 间断涡度协方差的频谱空间
    • 10.5 间断涡度协方差的不确定性
    • 10.6 间断涡度协方差方法的历史
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第11章 森林生态系统涡度协方差通量测量Bernard Longdoz, Andr Granier
    • 11.1 引言
    • 11.2 通量计算、选择及依赖性
      • 11.2.1 高频损失校正
      • 11.2.2 旋转方法
      • 11.2.3 摩擦速率阈值
      • 11.2.4 基于足迹的选择
    • 11.3 辅助测量
      • 11.3.1 冠层气体浓度的垂直廓线
      • 11.3.2 叶面积指数
      • 11.3.3 生物量估算
      • 11.3.4 液流
      • 11.3.5 可提取土壤水、贯穿降水量及茎流
      • 11.3.6 热储存
    • 11.4 生态系统管理及操作的影响
    • 参考文献
  • 第12章 农田生态系统涡度协方差通量测量Christine Moureaux, Eric Ceschia, Nicola Arriga, Pierre Bziat,Werner Eugster, Werner L. Kutsch, Elizabeth Pattey
    • 12.1 引言
    • 12.2 测量系统
      • 12.2.1 站点选择及与农场主的沟通
      • 12.2.2 通量塔和气象站配置
      • 12.2.3 测量高度
      • 12.2.4 维护
    • 12.3 通量计算
    • 12.4 通量校正
      • 12.4.1 储存项
      • 12.4.2 夜间通量数据筛选
    • 12.5 数据空缺填补和足迹估算
    • 12.6 累积碳交换
    • 12.7 其他测量
    • 12.8 未来实验展望
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第13章 草地生态系统涡度协方差通量测量Georg Wohlfahrt, Katja Klumpp, JeanFranois Soussana
    • 13.1 草地涡度协方差通量测量的历史回顾
    • 13.2 草地涡度协方差通量测量的特性
    • 13.3 从通量测量估算草地碳封存封存
    • 13.4 其他测量
    • 13.5 其他温室气体
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第14章 湿地生态系统涡度协方差通量测量Tuomas Laurila, Mika Aurela, JuhaPekka Tuovinen
    • 14.1 引言
    • 14.2 历史概述
    • 14.3 湿地生态系统特别需要考虑的因素
    • 14.4 补充测量
    • 14.5 冬季的涡度协方差测量
    • 14.6 碳平衡和气候效应
    • 14.7 结束语
    • 参考文献
  • 第15章 湖泊生态系统涡度协方差通量测量Timo Vesala, Werner Eugster, Anne Ojala
    • 15.1 引言
    • 15.2 已有研究
    • 15.3 湖面特定的设置问题
      • 15.3.1 湖泊分层
      • 15.3.2 CO2的水化学
      • 15.3.3 陆地-湖泊交互
      • 15.3.4 质量控制程序
      • 15.3.5 设备安装
    • 参考文献
  • 第16章 城市生态系统涡度协方差通量测量Christian Feigenwinter, Roland Vogt, Andreas Christen
    • 16.1 引言
      • 16.1.1 城市气候尺度
      • 16.1.2 城市大气
      • 16.1.3 城市大气的交换过程
      • 16.1.4 城市表面-大气界面特征描述
    • 16.2 城市涡度协方差测量的概念框架
      • 16.2.1 湍流特性
      • 16.2.2 体积平衡法
        • 16.2.2.1 城市环境能量平衡研究背景下的湍流热通量
        • 16.2.2.2 城市环境水分平衡研究背景下的蒸发散蒸发散
        • 16.2.2.3 城市新陈代谢研究背景下的CO2通量
      • 16.2.3 其他痕量气体与气溶胶
    • 16.3 城市涡度协方差站点选址的挑战
    • 16.4 城市边界层特性对涡度协方差测量的影响
      • 16.4.1 平流和储存
      • 16.4.2 气流畸变
      • 16.4.3 夜间通量问题、空缺填补和QC/QA
      • 16.4.4 仪器检修与维护
    • 16.5 总结与结论
    • 致谢
    • 参考文献
  • 第17章 数据管理、共享及合作Dario Papale, Deborah A. Agarwal, Dennis Baldocchi, Robert B. Cook, Joshua B. Fisher, Catharine van Ingen
    • 17.1 数据管理
      • 17.1.1 功能
      • 17.1.2 通量塔数据库数据库
      • 17.1.3 区域数据库
        • 17.1.3.1 实例：欧洲涡度协方差通量数据库系统
      • 17.1.4 FLUXNET的建立及其数据库
    • 17.2 数据体验
      • 17.2.1 数据贡献和反馈规则
      • 17.2.2 通用命名/单位/汇报/版本
        • 17.2.2.1 促进站点间分析：站点标签、变量和单位
        • 17.2.2.2 数据发布
        • 17.2.2.3 文件命名
      • 17.2.3 辅助数据收集
    • 17.3 数据使用者服务
      • 17.3.1 数据产品：以fluxdata.org为例
        • 17.3.1.1 使用者和使用实例
        • 17.3.1.2 公共访问区域
        • 17.3.1.3 特许用户访问区域
        • 17.3.1.4 用以支持测量站点科学家的功能
    • 17.4 数据共享和使用政策
      • 17.4.1 数据共享动机
      • 17.4.2 数据使用规则
      • 17.4.3 其他荣誉的可能性
    • 参考文献
  • 符号索引
  • 缩写词和首字母缩写词
  • 索引

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