FLUXNET

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FLUXNET es una red global de torres micrometeorológicas que utilizan métodos de covarianza de remolinos para medir los intercambios de dióxido de carbono , vapor de agua y energía entre la biosfera y la atmósfera . FLUXNET es una 'red de redes regionales' global que sirve para proporcionar una infraestructura para compilar, archivar y distribuir datos para la comunidad científica. Trabaja para garantizar que las diferentes redes de flujo estén calibradas para facilitar la comparación entre sitios y proporciona un foro para la distribución de conocimientos y datos entre científicos. ^[1]

En abril de 2014, hay más de 683 ^{[ cita requerida ]} sitios de torres en funcionamiento continuo a largo plazo. Los investigadores también recopilan datos sobre la vegetación del sitio , el suelo , los flujos de gases traza, la hidrología y las características meteorológicas en los sitios de las torres.

Metas científicas

FLUXNET se puede utilizar para monitorear el cambio total en los niveles de dióxido de carbono en nuestra atmósfera.

Según el sitio web de FLUXNET, los objetivos del proyecto son los siguientes: ^[2]

1. "Cuantificar las diferencias espaciales en las tasas de intercambio de dióxido de carbono y vapor de agua que pueden experimentarse dentro y entre ecosistemas naturales y gradientes climáticos"
2. Para "cuantificar la dinámica temporal y la variabilidad (estacional, interanual) de las densidades de flujo de carbono, agua y energía; estos datos nos permiten examinar las influencias de la fenología, las sequías, los períodos de calor, El Niño, la duración de la temporada de crecimiento y la presencia o ausencia de nieve en flujos a escala de dosel "
3. "Cuantificar las variaciones de los flujos de dióxido de carbono y vapor de agua debido a cambios en la insolación, la temperatura, la humedad del suelo, la capacidad fotosintética, la nutrición, la estructura del dosel y el tipo funcional del ecosistema".

Historia

El crecimiento de la red FLUXNET

Los científicos han estado midiendo el intercambio de vapor de agua y dióxido de carbono entre la superficie de la Tierra y la atmósfera desde finales de la década de 1950. Las capacidades informáticas relativamente poco desarrolladas y las capacidades de medición de estado sólido hicieron que fuera casi imposible poder obtener mediciones precisas. Los primeros científicos, como John Monteith, utilizaron el método de " gradiente de flujo " para realizar evaluaciones semi-precisas de los flujos en una variedad de entornos naturales. El trabajo de científicos como Monteith se dio cuenta de que el método Flux Gradient no era tan preciso como debía ser cuando se usaba para medir el intercambio de gases traza en bosques altos.. Finalmente, se dieron cuenta de que la caída de sus modelos se debía a un "transporte a gran escala en la subcapa de rugosidad". ^[1] Se planteó la hipótesis de que la razón de estas inexactitudes en los datos surgía de la teoría de escala de Monin-Obukhov .

A medida que la tecnología digital avanzó a lo largo de las décadas de 1970 y 1980, también lo hicieron los avances en los sensores y el hardware digital necesarios para proporcionar los medios para realizar mediciones avanzadas de flujos con lo que se conoció como la técnica de covarianza de remolinos . Con este método, así como con los avances adicionales en el almacenamiento de datos digitales , los científicos curiosos pudieron realizar estas mediciones de flujo de remolinos durante largos períodos de tiempo y, en consecuencia, obtener una sensación de dióxido de carbono anual y vapor de agua.cambios en la biosfera. A medida que estas técnicas se generalizaron en la comunidad científica, más grupos de investigación tomaron la iniciativa de establecer más sitios de medición. Finalmente, se establecieron suficientes sitios para permitir la investigación de flujos en amplias áreas de tierra con la ayuda de múltiples investigadores. Un ejemplo de tal estudio es el "Estudio de la atmósfera y el ecosistema boreal". ^[3]

Con el éxito de tales proyectos, los científicos participantes comenzaron a explorar la idea de crear una red global de sitios de sensores que pudieran usarse para integrar sus datos y brindar acceso a los miembros de la comunidad académica y al público en general . En una reunión en La Thuile, Italia, durante 1995, los científicos contribuyentes comenzaron a discutir la viabilidad de tal red. Con la conclusión exitosa de esta reunión, hubo un aumento en la tasa de instalación de sitios de sensores y el crecimiento de las redes regionales. Finalmente, la red Euroflux se afianzó en 1996 y pronto fue seguida por la red AmeriFlux en 1997. Cuando la NASAvio el entusiasmo de la comunidad científica por estas dos redes, así como la posibilidad de integrar datos de trazas de gases desde el suelo con datos del satélite del Observatorio de la Tierra , finalmente financió el proyecto FLUXNET en su conjunto en 1998.

En 2002, FLUXNET se agregó a la Arquitectura del Sistema de Observación de NOAA (NOSA).

Planificación futura del sitio

Los sitios óptimos tienen una vegetación uniforme y alteraciones topográficas mínimas como el sitio aquí en Tonzi Ranch

Los sitios futuros de FLUXNET se planifican de acuerdo con una precisión deseable en los datos adquiridos . Con el modelo actual utilizado para determinar el flujo entre la superficie y la atmósfera , es deseable ubicar la torre en un área con cobertura vegetal uniforme y mínimas perturbaciones en el terreno. Las desviaciones en el terreno o la cubierta vegetal evitarían un flujo de gas constante a lo largo de la altura de la torre.

Otra parte muy importante del conjunto de sensores es la torre sobre la que descansa. La torre de sensores debe ajustarse a ciertos criterios de diseño que dependen de:

1. la altura de la vegetación en el área
2. la velocidad media del viento
3. el tiempo de muestreo de los sensores

Por lo general, los investigadores que monitorean los flujos en las tierras de cultivo agrícolas colocan sus sensores cerca del suelo. Mientras tanto, los científicos que esperan medir los flujos en bosques altos deben colocar sus sensores en andamios relativamente altos . La diferencia de tamaños se atribuye a las capas límite que se forman cerca del suelo debido a la vegetación. Para minimizar la turbulencia de la propia torre, la instrumentación a menudo se coloca en la parte superior de la torre y se desplaza varios pies con la ayuda de brazos.

Instrumentación y procesamiento de datos

El anemómetro sónico y el analizador de gases infrarrojos son los elementos esenciales necesarios para medir el flujo de gases traza

La mayoría de los sitios de FLUXNET tienen como mínimo sensores para medir con precisión la velocidad del viento, así como la concentración de los gases traza en cuestión. Para obtener los datos necesarios , es común que las torres empleen un anemómetro sónico , un analizador de gases por infrarrojos y algún sensor para medir la humedad . Estas herramientas son necesarias porque proporcionan las variables necesarias para ser incluidas en el modelo de covarianza de remolinos del flujo de gas en la biosfera. ^[4]

Artículo principal: covarianza Eddy

El principio detrás de la técnica de covarianza de remolinos es que las parcelas de aire tienen características de remolinos en la atmósfera . En otras palabras, cuando los gases traza son respirados por la vegetación , su velocidad se puede representar mediante un vector 3D . El propósito de usar un anemómetro tan preciso es medir el valor del componente de la velocidad del viento en tres dimensiones. Usando el analizador de gases infrarrojos y el sensor de humedad, la concentración de vapor de agua y gases traza en la muestra de airese mide y se envía a una computadora que calcula rápidamente el flujo de masa del gas en cuestión. Este flujo de masa convierte al proyecto FLUXNET en una herramienta valiosa para los científicos que intentan monitorear cambios a largo plazo en el flujo de gases traza dentro de la atmósfera.

Artículo principal: Anemómetro § Anemómetros ultrasónicos

Existen muchas formas diferentes de anemómetro en el mercado actual. Desafortunadamente, la mayoría de los anemómetros solo pueden medir la velocidad del viento en un plano y requieren una cierta velocidad del viento inicial. Los anemómetros sónicos son dispositivos de estado sólido que miden la velocidad del viento pasando ondas de sonido ultrasónicas a través del aire en movimiento. A medida que cambia la velocidad del viento, también cambia la densidad del aire y cuando cambia la densidad, también cambia la velocidad del sonido . Midiendo el cambio en el tiempo que tarda la onda de sonido ultrasónico en llegar del emisor al sensor, el anemómetro sónico puede medir la velocidad total del aire así como su dirección. ^[5]

Artículo principal: analizador de gases por infrarrojos

Un ejemplo de higrómetro

Este sensor funciona porque la luz infrarroja es absorbida por una variedad de gases en diferentes longitudes de onda dentro del espectro, incluidos metano , monóxido de carbono , dióxido de carbono y oxígeno . Para medir la concentración, se emite un haz de luz a la muestra de aire. Al medir la diferencia entre la entrada y la salida del rayo infrarrojo, el sensor puede determinar la cantidad de gases traza en la muestra. ^[6] Es común que un analizador de gases infrarrojo tenga dos configuraciones. El "diseño abierto" opera disparando un rayo de luz infrarroja a través del aire fuera del cuerpo del sensor. Mientras tanto, el diseño cerradofunciona aspirando aire en el cuerpo del sensor midiendo la concentración de gases traza dentro de una cámara sellada . Por lo general, los sensores abiertos se colocan a medio metro del anemómetro, mientras que los sensores cerrados usan un tubo de recolección montado dentro del anemómetro para obtener su muestra de aire. ^[1]

Artículo principal: Higrómetro

El higrómetro es una herramienta esencial que se utiliza para determinar la concentración de vapor de agua en el aire. Desafortunadamente, el vapor de agua absorbe varias frecuencias de luz en el rango infrarrojo y la mayoría de estas bandas se superponen a las de los gases traza. Sin tener en cuenta el vapor de agua, el analizador de gases por infrarrojos proporcionaría datos falsos. Para resolver este problema, se necesita una medición precisa del vapor de agua. Los higrómetros de estado sólido están diseñados para tener dos placas de metal separadas por un pequeño espacio de aire. Los diferentes niveles de humedad en el aire cambian la capacitancia del espacio de aire. Esto se puede medir aplicando un voltaje de CA de alta frecuencia a las placas y midiendo la capacitancia a través de un circuito RC .

Sitios FLUXNET

Un mapa que muestra las ubicaciones internacionales de los sitios de Fluxnet en 2009

Bosque de Yatir, Israel

Bosque de Yatir en el borde del desierto de Negev .

Torre de investigación del Instituto Weizmann .

El estado de Israel está forestando el desierto de Negev , que representa el 60% de la masa terrestre del país, pero sigue estando escasamente poblado. ^[7] El bosque de Yatir se encuentra en la ladera sur del monte Hebrón , en el borde del desierto de Negev . Con una superficie de 30.000 dunams (30 kilómetros cuadrados), es el bosque plantado más grande de Israel. ^[8] Lleva el nombre de la antigua ciudad levita dentro de su territorio, Yatir , como está escrito en la Torá ^{[9] [10]} El bosque de Yatir es un sitio de torres de la NASA.proyecto de investigación FLUXNET. Hay una multitud de investigaciones científicas israelíes modernas realizadas en el bosque de Yatir para enfrentar el desafío del cambio climático , que puede resultar en una rápida pérdida de plantas y desertificación en ciertas circunstancias. ^{[11] [12] Los} estudios del Instituto de Ciencias Weizmann , en colaboración con el Instituto de Investigación del Desierto en Sde Boker , han demostrado que los árboles funcionan como una trampa para el carbono en el aire. ^{[13] [14] La} sombra proporcionada por los árboles plantados en el desierto también reduce la evaporación de las escasas lluvias. ^[13] Instituto Arava de Estudios Ambientaleslleva a cabo una investigación en el bosque de Yatir que se centra en cultivos como dátiles y uvas que se cultivan en las cercanías del bosque de Yatir. ^{[15] [16]} La investigación es parte de un proyecto destinado a introducir nuevos cultivos en zonas áridas y salinas. ^[17]

Parque Nacional Maludam, Sarawak, Malasia

Malasia ocupa el segundo más grande de las turberas tropicales en el sudeste de Asia (2,4 millones de hectáreas) después de Indonesia (21 millones de hectáreas). Mientras tanto, el estado malasio de Sarawak posee el 65% de las turberas de Malasia. Las turberas son importantes para la agricultura, sin embargo, existe la preocupación de que el cultivo de cultivos en tales áreas haga que liberen más gases de efecto invernadero en el aire en lugar de convertirse en un sumidero de carbono para reducir el efecto invernadero. Por lo tanto, el Instituto de Investigación de Turba Tropical de Sarawak había elegido el Parque Nacional Maludam para albergar uno de los tres remolinos de covarianzatorres de flujo en Sarawak para medir el balance de carbono del ecosistema de turberas como parte de la red global de sitios FLUXNET. ^{[18] [19]} El parque nacional está cubierto de bosques tropicales pantanosos de turba. ^[18]

Referencias

1. Baldocchi, Dennis; Falge, Eva; Gu, Lianhong; Olson, Richard; Hollinger, David; Corriendo, Steve; Anthoni, Peter; Bernhofer, Ch; Davis, Kenneth; Evans, Robert; Fuentes, José; Goldstein, Allen; Katul, Gabriel; Law, Beverly; Lee, Xuhui; Malhi, Yadvinder ; Meyers, Tilden; Munger, William; Oechel, Walt; Paw, KT; Pilegaard, Kim; Schmid, HP; Valentini, Riccardo; Verma, Shashi; Vesala, Timo; Wilson, Kell; Wofsy, Steve (2001). "FLUXNET: una nueva herramienta para estudiar la variabilidad temporal y espacial de las densidades de flujo de energía, vapor de agua y dióxido de carbono a escala del ecosistema" . Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense . 82 (11): 2415–2434. doi :10.1175 / 1520-0477 (2001) 082 <2415: FANTTS> 2.3.CO; 2 . ISSN  0003-0007 .
2. objetivos del proyecto Fluxnet^{[ enlace muerto ]}
3. Vendedores, P .; Hall, F .; Ranson, KJ; Margolis, H .; Kelly, B .; Baldocchi, D .; Den Hartog, G .; Cihlar, J .; Ryan, MG; et al. (1995), "The Boreal Ecosystem-Atmosphere Study (BOREAS): an Overview and Early Results from the 1994 Field ..." , Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense , 76 (9): 1549-1577, doi : 10.1175 / 1520-0477 (1995) 076 <1549: TBESAO> 2.0.CO; 2
4. Baldocchi, DD; Hincks, BB; Meyers, TP (1988), "Midiendo los intercambios entre la atmósfera y la biosfera de gases relacionados biológicamente con métodos micrometeorológicos", Ecology , 69 (5): 1939–9170, doi : 10.2307 / 1941631 , JSTOR 1941631 
5. Patente de Estados Unidos 4.031.756
6. Patente de Estados Unidos 4.914.719
7. Profesor Alon Tal, Departamento Mitrani de Ecología del Desierto, Institutos Blaustein para la Investigación del Desierto, Universidad Ben Gurion del Negev. "INFORME NACIONAL DE ISRAEL, años 2003-2005, A LA CONVENCIÓN DE LAS NACIONES UNIDAS PARA COMBATIR LA DESERTIFICACIÓN (UNCCD)" Archivado 2011-05-26 en la Wayback Machine ; Estado de Israel, julio de 2006
8. Plantación del bosque de Yatir
9. "Y a los hijos del sacerdote Aarón dieron Hebrón con sus ejidos, la ciudad de refugio para el homicida, y Libna con sus ejidos, y Jattir con sus ejidos, y Eshtemoa con sus ejidos" ( Libro de Josué 21:13 -14). Ubicada dentro del bosque de Yatir ahora es una antigua sinagoga palestina , la sinagoga Anim (siglos IV-VII EC).
10. "Copia archivada" . Archivado desde el original el 8 de julio de 2012 . Consultado el 20 de septiembre de 2018 .
11. Sahney, S., Benton, MJ y Falcon-Lang, HJ (2010), "El colapso de la selva tropical provocó la diversificación de los tetrápodos de Pensilvania en Euramerica" (PDF) , Geología , 38 (12): 1079-1082, doi : 10.1130 / G31182. 1 .
12. Bachelet, D ; R.Neilson, JMLenihan, RJDrapek (2001), "Efectos del cambio climático en la distribución de la vegetación y el presupuesto de carbono en los Estados Unidos" (PDF) , Ecosystems , 4 (3): 164-185, doi : 10.1007 / s10021-001-0002 -7 .
13. Beneficios de plantar árboles en el desierto , Haaretz
14. KKL-JNF cooperando en la forestación en el bosque de Yatir
15. Vu du Ciel-documental de Yann Arthus-Bertrand
16. Semilla de 2000 años crece en la arava. Archivado el 20 de febrero de 2012 en la Wayback Machine.
17. Proyecto MERC Project M-20-0-18 Archivado el 11 de enero de 2012 en la Wayback Machine.
18. "Turberas tropicales: ¿un sumidero de carbono fuerte?" . Asiaflux. Mayo de 2013. Archivado desde el original el 14 de diciembre de 2020 . Consultado el 14 de diciembre de 2020 .
19. "Información general del sitio MY-MLM" . FLUXNET. Archivado desde el original el 14 de diciembre de 2020 . Consultado el 14 de diciembre de 2020 .

Otras lecturas

• Baldocchi, DD (2008). " ' Respiración' de la biosfera terrestre: lecciones aprendidas de una red mundial de sistemas de medición de flujo de dióxido de carbono". Revista australiana de botánica . 56 : 1–26. doi : 10.1071 / bt07151 .
• Holton, James R. (2004). "Una introducción a la meteorología dinámica". ISBN 0-12-354015-1 

enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con FluxNet .

• FLUXNET
• Conjunto de datos de FLUXNET2015 (2015)
• Conjunto de datos de FLUXNET LaThuile (2007)
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• FLUXNET histórico en ORNL
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