2018年，EddyPro®研發(fā)團(tuán)隊(duì)與世界眾多科學(xué)家一道，開(kāi)發(fā)了通量數(shù)據(jù)后處理軟件ToviTM。該軟件將復(fù)雜的通量數(shù)據(jù)處理方法程序化，實(shí)現(xiàn)了通量數(shù)據(jù)質(zhì)量控制QC篩選、氣象和通量缺失數(shù)據(jù)插補(bǔ)、通量貢獻(xiàn)區(qū)FootPrint成圖、u *閾值檢測(cè)等。ToviTM提供了一個(gè)直觀、可視化的操作界面來(lái)指導(dǎo)您完成數(shù)據(jù)處理。
為了方便國(guó)內(nèi)廣大研究者更快上手，我們陸續(xù)推出了ToviTM軟件的具體操作視頻。此系列視頻在“北京力高泰科技有限公司”微信公眾號(hào)持續(xù)更新中，歡迎關(guān)注。
第一步，如何導(dǎo)入EddyPro和SmartFlux數(shù)據(jù)？（在微信公眾號(hào)中查看）
▲ 以EddyPro輸出結(jié)果為源文件來(lái)創(chuàng)建站點(diǎn)
▲ 以SmartFlux輸出結(jié)果為源文件來(lái)創(chuàng)建站點(diǎn)
第二步，如何查看整體數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)缺失？（在微信公眾號(hào)中查看）
以EddyPro®或是SmartFlux®輸出結(jié)果為源文件創(chuàng)建站點(diǎn)后，我們希望對(duì)數(shù)據(jù)的整體情況有一個(gè)了解：
（1）數(shù)據(jù)的整體變化規(guī)律符合預(yù)期嗎？
（2）數(shù)據(jù)缺失的比例有多大？
（3）數(shù)據(jù)缺失發(fā)生在什么時(shí)間？
在本期內(nèi)容里，小泰將帶您繼續(xù)探索Tovi的實(shí)用功能：「整體數(shù)據(jù)查看，確認(rèn)數(shù)據(jù)缺失」。
▲ 整體數(shù)據(jù)查看，確認(rèn)數(shù)據(jù)缺失
第三步，如何進(jìn)行通量數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（QC）？（在微信公眾號(hào)中查看）
渦度協(xié)方差（EC）原始數(shù)據(jù)一般為10HZ，有時(shí)甚至使用20HZ數(shù)據(jù)。如此高頻率的數(shù)據(jù)采集，對(duì)傳感器以及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)都提出了很高的要求。雖然目前的技術(shù)條件已經(jīng)能夠完全滿足，但是也難免會(huì)產(chǎn)生一些異常值，這些異常值可能包含一些峰值數(shù)據(jù)、漏失的數(shù)據(jù)、恒定值和電子儀器噪聲等。
例如，超聲風(fēng)速儀調(diào)節(jié)不夠精確、電力供應(yīng)不足、電子儀器噪聲、傳感器受水力、鳥(niǎo)糞、蜘蛛網(wǎng)等污染，都會(huì)產(chǎn)生一些異常數(shù)據(jù)。另外，電子設(shè)備即使已經(jīng)非常先進(jìn)，但是也不能保證能夠監(jiān)測(cè)到所有頻率的數(shù)據(jù)，這樣就會(huì)導(dǎo)致用于計(jì)算通量的協(xié)方差的高頻組分損失。
因此，渦度協(xié)方差通量數(shù)據(jù)通常會(huì)包含一些必須去除的低質(zhì)量數(shù)據(jù)，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差。
質(zhì)量控制（QC）是渦度協(xié)方差技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，它的一個(gè)主要方面是測(cè)試渦度協(xié)方差測(cè)量的要求是否得到滿足。當(dāng)我們對(duì)數(shù)據(jù)的整體情況有一個(gè)基本的了解之后，需要進(jìn)行質(zhì)量控制（QC）。
應(yīng)該注意的是，雖然大部分的QC應(yīng)該在數(shù)據(jù)導(dǎo)入后立刻進(jìn)行，但在后續(xù)的處理階段也需要重復(fù)進(jìn)行。這主要有兩個(gè)原因：一，后續(xù)處理可能會(huì)引入不良數(shù)據(jù)，二，任何涉及到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的插補(bǔ)都易受到不良數(shù)據(jù)的影響。這就意味著早期QC處理后的臨界值在后期可能顯示為差。
沒(méi)有一種方法可以將所有不良數(shù)據(jù)剔除，數(shù)據(jù)的好壞之分也很微妙，我們能做的就是用好QC這個(gè)工具，在剔除不好數(shù)據(jù)的同時(shí)，保留更多的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)。
Tovi的QC功能提供多種方法來(lái)剔除數(shù)據(jù)，Smart Y-Range、調(diào)整最大最小閾值、Draw Exclusion、基于EddrPro計(jì)算通量時(shí)生成的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、Dependency View ，并實(shí)時(shí)可視化數(shù)據(jù)篩選結(jié)果。
那如何使用Tovi的QC功能呢？在本期內(nèi)容里，小泰將給大家繼續(xù)介紹。
▲ QC-by group
▲ QC-dependency view
第四步，如何進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)補(bǔ)全？（在微信公眾號(hào)中查看）
渦度協(xié)方差技術(shù)可提供高時(shí)間分辨率的數(shù)據(jù)，從白天到夜間持續(xù)不斷，甚至持續(xù)數(shù)年。但也會(huì)有不可避免的系統(tǒng)故障，導(dǎo)致觀測(cè)值中出現(xiàn)空缺 。
比如：電力中斷、動(dòng)物或雷電導(dǎo)致的儀器損傷、錯(cuò)誤的系統(tǒng)校正、維護(hù)以及人為活動(dòng)導(dǎo)致的儀器損毀或失竊等。而且在非理想狀態(tài)下采集的數(shù)據(jù)也會(huì)在通量數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（QC）過(guò)程中被舍棄，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失。
氣象數(shù)據(jù)通常會(huì)影響包括碳、水、能量和其他溫室氣體通量在內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)，大多數(shù)「通量數(shù)據(jù)插補(bǔ)」都將氣象變量作為驅(qū)動(dòng)因子。
因此，有必要先補(bǔ)全驅(qū)動(dòng)因子的空缺，然后再使用填補(bǔ)好的氣象數(shù)據(jù)來(lái)插補(bǔ)通量數(shù)據(jù)。這是關(guān)鍵的一步，因?yàn)橐氲尿?qū)動(dòng)因子誤差和不確定性會(huì)反映到通量數(shù)據(jù)中。
那Tovi是如何對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)全的呢？在本期視頻中 ，我們一起來(lái)探索吧 ！
▲ 氣象數(shù)據(jù)補(bǔ)全（Biomet merge and gap fill）
第五步，Average variables （在微信公眾號(hào)中查看）
在渦度協(xié)方差通量測(cè)量站點(diǎn)中
為了讓數(shù)據(jù)更具代表性
可以安裝不止一個(gè)傳感器來(lái)測(cè)量某一參數(shù)
在處理通量數(shù)據(jù)時(shí)
可能需要將多個(gè)測(cè)量值平均
Tovi 的 average variables 工具
可視化每個(gè)測(cè)量值的數(shù)據(jù)集
平均測(cè)量值
實(shí)時(shí)顯示平均過(guò)程和最終結(jié)果
下面就和小泰一起來(lái)體驗(yàn)一下吧
▲ Average variables
第六步，通量貢獻(xiàn)區(qū) FootPrint 成圖 （在微信公眾號(hào)中查看）
通量貢獻(xiàn)區(qū)（Footprint）被定義為所測(cè)得的垂直通量或濃度的表面源/匯的每個(gè)組分的相對(duì)貢獻(xiàn)（見(jiàn) Schuepp at el.1990；Leclerc and Thurtell 1990）。
通量值會(huì)受到監(jiān)測(cè)區(qū)地形、風(fēng)向、大氣穩(wěn)定狀態(tài)和儀器安裝高度等的影響。通過(guò)通量貢獻(xiàn)區(qū)分析，可以研究通量值與風(fēng)向、大氣穩(wěn)定狀態(tài)及下墊面狀況之間的關(guān)系，并將其應(yīng)用于通量塔選址、觀測(cè)尺度擴(kuò)展和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等方面。是對(duì)通量觀測(cè)空間代表性進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要工具。
通常，一個(gè)渦度協(xié)方差測(cè)量站點(diǎn)不只包含一種區(qū)域類型，如森林中的空地、在農(nóng)業(yè)區(qū)域中具有不同作物類型的場(chǎng)地或障礙物，如開(kāi)闊草地上的建筑物或樹(shù)，這些區(qū)域異質(zhì)性都有可能影響大氣湍流，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量下降。因此，F(xiàn)ootprint分析是渦度協(xié)方差數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估中的重要組成部分。
現(xiàn)在，Tovi帶給我們一個(gè)前所未有的通量貢獻(xiàn)區(qū)成圖工具-FPA
那，如何實(shí)現(xiàn)呢，下面就和小泰一起來(lái)探探究竟吧。
▲ Footprint Analysis Part 1 - Setup
▲ Footprint Analysis Part 2 - results
▲ Footprint Analysis Part 3 - QC Screening
擴(kuò)展閱讀
? 使用Tovi，高效處理通量數(shù)據(jù)：U* 閾值檢驗(yàn)
? 使用Tovi，高效處理通量數(shù)據(jù)：如何實(shí)現(xiàn)通量數(shù)據(jù)插補(bǔ)？
?