线上科研｜利用涡度相关法处理痕量气体通量数据及生态地球化学与全球变化研究

1. 项目名称

利用涡度相关法处理痕量气体通量数据及生态地球化学与全球变化研究

（Processing trace gas fluxes data with eddy covariance method for ecological biogeochemistry and global change study）

2. 导师介绍

J. Y

现博士就读于美国加州伯克利大学大气科学中心（Berkeley Atmospheric Science Center）

从事生物源挥发性有机物和含卤化合物等痕量气体大气化学相关研究

荣获 2016-2017 年度加州大学最佳研究生讲师奖（Outstanding Graduate Student Instructor, top 5% out of 3,000 instructors）

2015-2016 年度最佳实验室负责人奖（Distinguished Laboratory Coordinator）

本科毕业于中国科学技术大学环境科学与工程专业

本科在校期间先后获得国家奖学金（两次），第三十三届郭沫若奖学金（中科大毕业生最高荣誉）

3. 导师寄语

你已经了解过绿色植物可以通过光合呼吸作用与大气进行二氧化碳的交换，你知道如何在不直接接触植物的前提下，实时的精确测量整片森林、草原的呼吸速率吗？美国最近宣布将推出巴黎协定，你知道全球气候变化问题与精确的测量生态系统的呼吸速率密切相关吗？ 除了二氧化碳外，植物还会排放大量的有机化合物，你知道这些排放物甚至参与了雾霾的形成吗？类似的方法其实也可以应用于城市，用来实时观测街道上汽车的尾气排放速率，以便帮助研究、解决城市空气污染问题。通过我们的一起学习探究，你就可以学习掌握解决上述问题方法与原理，尝试解决上述问题。

4. 项目背景

众所周知，干燥大气中的成分78%为氮气，21%为氧气，其余的微量、痕量气体仅约占1%。可是我们生活中经历的和大气环境有关的问题全部来自于这1%的成分。比如，大气氧化自净能力与氢氧根自由基有关，全球变暖和二氧化碳、甲烷、氧化亚氮有关；臭氧层空洞与含卤素的化合物有关（如卤甲烷，氟利昂等）；光化学烟雾与臭氧有关；酸雨与氮硫化合物有关等。现阶段中国全国范围出现的雾霾天气同样与痕量气体，如含氮氧化物、臭氧、生物源有机化合物等有很大的关系。彻底的研究、解决与我们息息相关的空气污染、全球变化等问题，需要对大气中的痕量气体浓度、通量进行精确测量。这也是利用模型计算获得精确结果的前提条件。

涡度相关法是陆地生态系统通量观测的一种方法，它通过三维风速、气体浓度和水分脉动的观测来获取痕量气体、热量和水分的通量，目前已成为国际上通用的前沿技术。 国际上，特别是美国，已经利用涡度相关法建立起全国的生态系统观测 络并实现数据实时共享（AmeriFlux），并且正在牵头建立全球性的生态系统观测 络（FLUXNET）。我国幅员辽阔，生态系统多样性高，而国内的相关研究却还处于起步阶段， 络虽然建立（ChinaFlux）但覆盖范围还很小，未来的发展前景很好。涡度相关法甚至开始被应用于城市空气污染的检测与研究等。有至于从事或了解大气科学、生物地球化学、生态学领域的朋友可以与我们一起细致探究。

5. 项目简介

1）学习并掌握大气采样方法、通量测量的基本原理，了解目前生物地球化学与大气化学领域的前沿方法。

2）深入了解科学研究的基本流程，掌握符合标准的学术写作能力，和产出符合学术规范的论 的能力；

3）对现阶段城市空气污染、全球变化等问题进行探讨；

4）针对学生兴趣，启发其找到适合于自己的科研方向，可协助指导留学申请方向选择等。

6.适用学科方向

适用于申请环境科学、地球科学、大气科学、生态学等方向的本科生或研究生。具备基础物理学、无机化学、流体力学背景为佳，但不限制。

7. 课程内容（15课时，subject to change）

第1课时：项目介绍 （学员导员互相了解、精确定位，项目概述介绍等）

第2课时：环境地球化学与通量基础学习（一）

第3课时：环境地球化学与通量基础学习（二）

第4课时：涡度相关法原理（一）

第5课时：涡度相关法原理（二）

阶段性考察（一）

第6课时：通量 系统介绍（AmeriFlux, AsiaFlux, ChinaFlux, EuroFlux, JapanFlux, etc.）

第7课时：利用数据实践所学（一） （MATLAB code）

第8课时：利用数据实践所学（二）

第9课时：利用数据实践所学（三）

第10课时：利用数据实践所学（四）

阶段性考察（二）

第11～15课时

协助学生探索属于自己的科研方向，并根据之前所学展开探索分析。并依据实验结果完成符合专业论 要求的科研论 以科研过程中发现的创新想法进行 章总结，学习专业英 科研写作。并以科研海 /论 /视频等形式对学生的科研成果进行总结展示。

8.项目产出

1）掌握大气化学、生物地球化学领域的的基本仪器分析方法，学会处理real data 并通过作图、英 写作等展示技巧；

2）符合学术专业会议标准的中英 Poster，并训练项目演讲技巧，达到参与专业会议Poster Section的标准，并能熟练回答申请高校面试过程中相关问题。如项目完成情况理想，可协助指导完成专业论 并投稿至专业学术期刊；

3）针对学生兴趣，启发其找到适合于自己的科研方向，可协助指导留学申请方向选择等。

9. 参考 献

1）Burba, G. (2013). Eddy covariance method for scientific, industrial, agricultural and regulatory applications: A field book on measuring ecosystem gas exchange and areal emission rates. LI-Cor Biosciences.

2）Baldocchi, D., Falge, E., Gu, L., Olson, R., Hollinger, D., Running, S., ... & Fuentes, J. (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.

3）Baldocchi, D. D., Hincks, B. B., & Meyers, T. P. (1988). Measuring biosphere‐atmosphere exchanges of biologically related gases with micrometeorological methods. Ecology, 69(5), 1331-1340.

4）Oncley, S. P., Delany, A. C., Horst, T. W., & Tans, P. P. (1993). Verification of flux measurement using relaxed eddy accumulation. Atmospheric Environment. Part A. General Topics, 27(15), 2417-2426.

5）http://fluxnet.fluxdata.org/

6）https://en.wikipedia.org/wiki/Eddy_covariance

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