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Enregistrement W4283645133 · doi:10.5194/ems2022-130

Quantifying biases in open-path eddy covariance CO2 flux measurements caused by spectroscopic effects in broadband non-dispersive infrared gas analyzers

2022· preprint· en· W4283645133 sur OpenAlexaff
Ivan Bogoev

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueAtmospheric and Environmental Gas Dynamics
Établissements canadiensCampbell Scientific (Canada)
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésHITRANEddy covarianceGas analyzerSpectrum analyzerComputational physicsFlux (metallurgy)Absorption (acoustics)OpticsEnvironmental scienceMaterials scienceAbsorption spectroscopyPhysicsChemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Open-path eddy covariance systems, based on broad-band non-dispersive infrared (NDIR) gas analyzers, are widely used for CO2 and H2O flux measurements in remote locations around the world, because of their low power consumption, fast response, and reliable operation. Nevertheless, agreement between open- and closed-path CO2 fluxes has limited inter-site comparability, especially in cold or non-growing seasons and low-flux environments, where physiologically unreasonable CO2 uptake is often observed by the open-path systems. A possible explanation is sensor-surface heating from internal-electronics power dissipation and solar radiation, which causes unaccounted gas density changes in the optical path. Fast-response thermometers, co-located with the gas analyzer, have been used to correct these effects. However, the fragility of the thermometers has prevented the wide adoption of this approach. A challenge for the open-path sensor design is that in-situ air temperature affects not only the gas density but also the broadened half-width and intensity of the spectral absorption lines. We hypothesize that fast air temperature fluctuations in the optical path of the gas analyzer can change the amount of absorbed light and cause errors in the CO2 concentration measurement. Because of the natural covariance of sensible and CO2 fluxes, such errors are well correlated with the vertical wind and can potentially propagate into flux calculations. We used spectral-line parameters, obtained from the high-resolution transmission molecular spectroscopic database (HITRAN), to evaluate the temperature effects on the integrated absorption spectra of CO2-air-mixtures across the 4.2 to 4.3 μm infrared active region utilized by NDIR analyzers. Results show that air temperature strongly influences absorption, and if not properly corrected, potentially introduces biases in the CO2 concentration measurements. Strong lines exhibit Doppler broadening, where the line peak and width decline with increasing temperatures, causing underestimation of CO2 concentration. Weak lines exhibit the opposite behavior. Based on our simulations, optimizing the optical filter passband can balance these opposing effects and greatly reduce the temperature dependence. In practice, manufacturing tolerances, shifts in the center wavelength, and the temperature sensitivity of the optical filters prevent complete elimination of the temperature-line broadening. A 13-nanometer shift in the filter pass band can introduce a 0.008 mmol m-3 K-1 underestimation in the CO2 concentration, which is a 0.67 μmol m-2 s-1 systematic error in CO2 flux per 100 watts of sensible heat flux.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,007
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,016

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,007
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,032
Tête enseignante GPT0,278
Écart entre enseignants0,246 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2022
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