giacomo nicolini – unitus/dibaf greenhouse gases exchange over and within a tropical forest in...

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF

GREENHOUSE GASES EXCHANGE OVER AND WITHIN A TROPICAL FOREST IN AFRICA

Coordinatore:Prof. Paolo De Angelis Tutor: Prof. Riccardo Valentini

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DELLA TUSCIA DI VITERBO

DIBAFDipartimento per la innovazione nei sistemi

biologici, agroalimentari e forestali

CORSO DI DOTTORATO DI RICERCA Ecologia Forestale

XIV ciclo

Dottorando: Giacomo Nicolini


INTRO

ANKASA

OBIETTIVI

MATERIALI E METODI

RISULTATI

Campagna luglio

EA


INTRO

Perché misurare i gas traccia (CH4, N2O, CO ..)• Tema recente: intensificazione degli studi negli ultimi anni (CO2 dagli anni ‘90)• Importante effetto netto sul clima: GWP CH4 circa 25 volte quello della CO2

• Esistono ancora delle incertezze: difficile misurazione e modellizzazione• La distribuzione a livello globale dei lavori è ancora localizzata


INTRO

Quali sono le difficoltà nel misurare questi gas• Basse concentrazioni ambientali (CH4 circa 1.8 ppm) e gradienti:

> flussi generalmente bassi• Alta variabilità spaziale e temporale: legata a processi biogeochimici• Sensori adatti attualmente in produzione/sviluppo• Non esiste una metodologia universalmente accetta nel processamento dei dati

> qualità dei dati, gap-filling

Perché utilizzare tecniche micrometeorologiche• Campionamenti continui (senza alterare l’ambientelocale)• Integrazione spaziale delle misure

Problemi applicativi e assunzioni• Condizioni atmosferiche: steady state, turbolenza sviluppata, fluttuazioni della

densità negligibili, flusso turbolento verticale costante• Condizioni ambientali: terreno orizzontale e omogeneo, footprint adeguata,

flusso medio verticale negligibile• EB, storage e avvezione• Flussi notturni


ANKASA Forest

Obiettivi • Stima dei flussi di CH4 e CO2 sotto chioma (EC)• Analisi del gradiente verticale di concentrazione e dello storage di CH4

• Stima dei flussi di CH4 e CO2 sopra chioma (EC)• Analisi stagionale dei flussi

Campagne di misura e set-up• Aprile 2011

• LOW: Li-7700, Li-7500, Gill-WM. TOW: Li-7700, Li-6262, Gill-WM• Ottobre 2011

• LOW: Li-7700, Li-7500A, Gill-WMPro. TOW: Li-7700, Li-7500A, Gill-WMPro

Analisi dati: Li-EddyPro ADV


Criterio generale per il trattamento dati e correzioni

Acquisizione• 10 Hz, analogico (aprile), digitale (ottobre)

Pre-processing• Eliminazione record in base: AGC, DIAG, RSSI, pioggia

Processing• Double rotation (anemometro), block average (fluttuazioni), covariance max (time lag), WPL (fluttuazioni della densità), test statistici (spikes, risoluzione segnale, drop-outs, limiti assoluti, skewness e kurtosi, discontinuità, angolo di attacco (vento) ecc.), correzioni spettrali (basse e alte frequenze)

Quality control• Flag precedenti• Test stabilità atmosferica: steady state e developed turbulent conditions > 0,1,2

Gap-filling• Mean diurnal variation (12 giorni)


LOWLAND 2011.04.11-14 - DRY season Li-7700, Li-7500, Gill-WM


LOWLAND 2011.04.11-14

CH4 flux: -0.8 nmol m-2 s-1 (-0.05 mg m-2 h-1)LOWLAND 2011.04.11-14 - DRY season Daily fluxes >> sink <<

FARE GRAFICI SERIE TEMPORALE SENZA M

EADIARE GIORNALMENTE


LOWLAND 2011.10.03-08 - WET season Li-7700, Li-7500, Gill-WM


LOWLAND 2011.10.03-08 - WET season

Stability treshold

SEPARARE GIORNO E NOTTE


LOWLAND 2011.10.03-08 - WET season Concentration daily trend


LOWLAND 2011.10.03-08 - WET season Daily fluxes

CH4 flux: 2.5 nmol m-2 s-1 (0.15 mg m-2 h-1)

<< source >>

FARE GRAFICI S

ERIE TEMPORALE SENZA MEADIARE GIORNALM

ENTE


PROFILE / STORAGE2011.04 - 2011.07 - 2011.10

RIPORTARE PARAMETRO TURBOLENZA


PROFILE / STORAGE2011.04 - 2011.07 - 2011.10

CUSTOMIZZARE GRAFICI E RIPORTA

RE PARAMETRO TURBOLENZA


TOWER2011.04.16-06.24 - DRY season

Li-7700, Li-6262, Gill-WM

Data lossCrash sistema 80%Processing 50%• Filtraggio attenuato• No gap-filling


TOWER2011.04.16-06.24 - DRY season Daily fluxes

CH4 flux: 1.8 nmol m-2 s-1 (0.11 mg m-2 h-1)

<< source >>

FARE GRAFICI S

ERIE TEMPORALE SENZA MEADIARE GIORNALM

ENTE


TOWER2011.10 - oggi - WET season

Li-7700, Li-7500A, Gill-WMpro

ELIMINARE RECORD M

ETEO -9999


TOWER2011.10 - oggi - WET season Stability dependence

Stability filter: (z-d)/L > 0.05

SEPARARE GIORNO E NOTTE


TOWER2011.10 - oggi - WET season Filter effect


TOWER2011.10 - oggi - WET season Gap filling - MDV


TOWER2011.10 - oggi - WET season Daily fluxes

CH4 flux: -0.9 nmol m-2 s-1 (0.05 mg m-2 h-1)

<< sink >>


TOWER2011.10 - oggi - WET season Footprint

ORDINARE RECORDS IN ORDINE CLO

CKWISE

E FARE POLIG

ONI


TOWER2011.10 - oggi - WET season

[CH4] daily trendCH4 daily flux weekly trend


EDDY ACCUMULATION

wcwcwcFc

down

up

up

down

sonic anemometer

air inletpushing pump

PC

D/A converter

mass flow controller

flush

3-way valves

fast responsesampling valves

sampling bags

N/C valves

gas analyzersucking pump

air outlet

sampling linedigital signalanalogue signal

QPEA Flux Measurement System


EC (reference) EA without samples mixing

EA with 2 samples mixing EA with 4 samples mixing

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

27/04 04 27/04 16 28/04 04 28/04 16

CO

2 f

lux

[m

mol

m-2s-1

]Roccarespampani clover field, April 2010 – Gill HS/Li-cor 7200

night

EDDY ACCUMULATIONSample mixing


EDDY ACCUMULATIONA

BS

(CO

2u

p

- C

O2

dw

) [m

mol

mol

-1]

0

2

4

6

8

10

12

05:45 08:38 11:31 14:24 17:16 20:09

time [hh:mm]

0

2

4

6

8

10

12

05:45 08:38 11:31 14:24 17:16 20:09

Mea

n A

bs

CO

2 f

luct

. [m

mol

mol

-1]

time [hh:mm]

daily course of simulated up/down concentration differences

daily course of real mean absolute concentration fluctuations

Resolution


GRAZIE

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