目錄
1. 后處理方法介紹
1.1 Ustar閾值判斷（主要針對(duì)夜間NEE）
1.2 數(shù)據(jù)插補(bǔ)
1.2.1 查表法插補(bǔ)（LUT法）
1.2.2 平均日變化曲線法（MDC法）
1.2.3 樣本邊緣分布采樣法（MDS法）
1.3 數(shù)據(jù)拆分
2. REddyProc包處理數(shù)據(jù)格式介紹
2.1 輸入需要處理數(shù)據(jù)的格式
2.2 輸出處理完畢數(shù)據(jù)的格式
3. REddyProc包的R代碼介紹
3.1 準(zhǔn)備—R程序包安裝、運(yùn)行、目標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入和調(diào)整
3.2 數(shù)據(jù)后處理
3.2.1 Ustar閾值計(jì)算
3.2.2 數(shù)據(jù)插補(bǔ)
3.2.3 NEE拆分插補(bǔ)
3.2.4整合處理結(jié)果并輸出數(shù)據(jù)
渦動(dòng)通量數(shù)據(jù)處理分為在線處理（online-processing）和后處理（post-processing）。其中在線處理針對(duì)高頻通量數(shù)據(jù)（e.g.10Hz data）通過(guò)一系列標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行計(jì)算，最后得到帶有質(zhì)量評(píng)價(jià)的低頻通量數(shù)據(jù)（e.g.half-hour data），后處理主要包括Ustar閾值估計(jì)、數(shù)據(jù)插補(bǔ)和碳通量（NEE）拆分（植被總生產(chǎn)力GPP和呼吸消耗Re）及其結(jié)果的可視化表達(dá)。
當(dāng)夜間大氣湍流運(yùn)動(dòng)較弱時(shí)，摩擦風(fēng)速u(mài)?降低，渦動(dòng)相關(guān)系統(tǒng)測(cè)量碳通量NEE時(shí)會(huì)出現(xiàn)低估的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)漂移值增多。通常需要判斷出u?閾值，剔除這些低于u?閾值的NEE；對(duì)缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，有利于得到完整的時(shí)間序列并得到更長(zhǎng)時(shí)間尺度（月或年）下的均值；NEE通過(guò)主流的模型方法進(jìn)行拆分，以便進(jìn)一步了解研究區(qū)NEE兩大組分：（1）生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)力（或總初級(jí)生產(chǎn)力）（2）生態(tài)系統(tǒng)呼吸。REddyProc 程序包通過(guò)R語(yǔ)言平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了以上三個(gè)方面的數(shù)據(jù)后處理，以及對(duì)其計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)基本可視化功能。
1. 后處理方法介紹
數(shù)據(jù)后處理所使用的通量數(shù)據(jù)是已經(jīng)過(guò)異常值剔除后的數(shù)據(jù)，NEE拆分或可插補(bǔ)的數(shù)據(jù)包括碳通量（NEE，umolm-2s-1）、感熱通量（sensible heat flux (H) Wm-2）、潛熱通量（latent heat flux (LE) Wm-2）、摩擦風(fēng)速（friction velocity (u?) ms-1）、入射短波輻射（global radiation (Rg) Wm-2）, 空氣或土壤溫度（air or soil temperature (Tair, Tsoil) ℃）和水汽壓飽和差（vapor pressure deficit (VPD) hPa）或相對(duì)濕度（relative humidity (RH) %）。其中u?、Rg、VPD、Tair和RH是NEE濾除、插補(bǔ)和拆分默認(rèn)使用數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)后處理主要流程包括（圖 1）：
●確定和濾除湍流發(fā)展較弱的時(shí)期下的NEE（計(jì)算u?閾值）。
●插補(bǔ)缺失的小時(shí)數(shù)據(jù)。
●拆分碳通量小時(shí)數(shù)據(jù),得到GPP和Reco。
圖1 數(shù)據(jù)后處理流程，以某一站點(diǎn)數(shù)據(jù)為例
（Wutzler et al.(2018)）
1.1
Ustar閾值判斷（主要針對(duì)夜間NEE）
儀器所在高度處可以測(cè)量到下墊面全部碳通量（無(wú)平流損失），對(duì)應(yīng)的最小u?稱為u?閾值，u?閾值通常出現(xiàn)在夜間（Rg<10 Wm-2）。由于下墊面粗糙度在不同時(shí)期（季節(jié)）發(fā)生變化，導(dǎo)致u?閾值會(huì)產(chǎn)生季節(jié)變化。（the u? threshold is the minimum u? above which respiration reaches aplateau. This threshold is specific for each season of a site year.）。
當(dāng)前REddyProc 包計(jì)算Ustar閾值方法主要有移動(dòng)點(diǎn)法（the moving point method，MPT）和斷點(diǎn)檢測(cè)法（the breakpoint detection method，CPT），其中MPT較常用。
1.2
數(shù)據(jù)插補(bǔ)
Ustar閾值濾除NEE后，會(huì)有更多的NEE缺失數(shù)據(jù)，需要插補(bǔ)。
1.2.1 查表法插補(bǔ)（LUT法）
在REddyProc包的查表法中（look-up table (LUT)），所有通量數(shù)據(jù)以特定的時(shí)間窗口內(nèi)的相似氣象條件為依據(jù)進(jìn)行分類并計(jì)算平均值，最后得到可供參照的速查表。缺失的數(shù)據(jù)可利用同時(shí)間序列中已知的氣象數(shù)據(jù)與速查表匹配，對(duì)應(yīng)的通量數(shù)據(jù)即為所缺失的數(shù)據(jù)。
1.2.2 平均日變化曲線法（MDC法）
該方法可在其他氣象數(shù)據(jù)缺失條件下進(jìn)行通量數(shù)據(jù)插補(bǔ)。假設(shè)植物晚上只進(jìn)行呼吸作用，白天發(fā)生光合和呼吸作用，且NEE具有較為規(guī)律的日變化特征。則缺失的數(shù)據(jù)可根據(jù)臨近天同時(shí)刻（或前后一小時(shí)）已知的通量數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)（mean diurnal course (MDC)）。
1.2.3 樣本邊緣分布采樣法（MDS法）
邊緣分布采樣法（marginal distribution sampling (MDS)）結(jié)合了以上LUT和MDC兩種方法，根據(jù)通量數(shù)據(jù)與氣象因子之間的關(guān)系（covariation）以及通量數(shù)據(jù)在時(shí)間上的自相關(guān)進(jìn)行插補(bǔ)。MDS可針對(duì)較大缺失范圍的NEE和LE數(shù)據(jù)插補(bǔ)，該方法目前最受歡迎。
利用Rg, Tair和 VPD三種氣象數(shù)據(jù)，（1）如果三個(gè)氣象數(shù)據(jù)皆未缺失, 使用LUT 方法，三個(gè)氣象因子默認(rèn)邊際條件（default margins）為50 Wm?2, 2.5 ?C和5.0 hPa；（2）Tair 或VPD 缺失, 則只利用 Rg；(3) 如果三種氣象數(shù)據(jù)都缺失，使用 MDC方法。另外，很多站點(diǎn)沒(méi)有Rg的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可用光合有效輻射par代替，并設(shè)置par的邊際條件（可嘗試使用100-200 μmol m-2 s-1）
1.3
數(shù)據(jù)拆分
NEE、Reco（↑）和GPP（↓）三者關(guān)系為NEE = Reco– GPP，當(dāng)前NEE拆分為Reco 和GPP主要方法有利用夜間NEE數(shù)據(jù)拆分和利用白天NEE數(shù)據(jù)拆分兩種。當(dāng)前夜間NEE數(shù)據(jù)拆分方法最常用。
夜間NEE數(shù)據(jù)拆分方法是假設(shè)植被呼吸Reco只與Tair變化有關(guān)，且夜間植被只進(jìn)行呼吸作用，因此可以通過(guò)夜間NEE對(duì)Tair的響應(yīng)變化曲線推出白天植被的呼吸Reco變化，最后根據(jù)以上關(guān)系式求出植被總生產(chǎn)力GPP。
白天NEE數(shù)據(jù)拆分方法是將白天NEE和總輻射的關(guān)系假設(shè)為Rg和VPD對(duì)GPP的影響以及Tair對(duì)Reco的影響的綜合。
2. REddyProc包處理數(shù)據(jù)格式介紹
本節(jié)圖片來(lái)源：
https://www.bgc-jena.mpg.de/bgi/index.php/Services/REddyProcWebDataFormat
注意雖然REddyProc包是基于該網(wǎng)頁(yè)在線工具所開(kāi)發(fā)的，但是二者的算法還有一些區(qū)別，詳情參見(jiàn)Wutzler et al.(2018)。
2.1
輸入需要處理數(shù)據(jù)的格式
輸入數(shù)據(jù)格式如圖2所示，輸入文件類型為“文本文件（制表符分隔）（*.txt）”
圖2 數(shù)據(jù)輸入類型及格式
2.2
輸出處理完畢數(shù)據(jù)的格式
輸出的數(shù)據(jù)主要包括數(shù)據(jù)插補(bǔ)結(jié)果（圖 3），u?閾值估計(jì)結(jié)果（圖 4）和NEE拆分為GPP和Reco的結(jié)果（圖 5）。
圖3 數(shù)據(jù)插補(bǔ)數(shù)據(jù)結(jié)果格式
圖4 Ustar閾值數(shù)據(jù)結(jié)果格式
圖5 NEE數(shù)據(jù)拆分結(jié)果格式
3. REddyProc包的R代碼介紹
白色字為代碼，“###”后僅為代碼介紹的文本，無(wú)其他功能。“#”為跳過(guò)無(wú)需運(yùn)行的代碼。
3.1
準(zhǔn)備—R程序包安裝、運(yùn)行、目標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入和調(diào)整
3.2
數(shù)據(jù)后處理
按照Ustar閾值計(jì)算，數(shù)據(jù)插補(bǔ)和NEE拆分三個(gè)流程分別進(jìn)行處理。
3.2.1 Ustar閾值計(jì)算
3.2.2 數(shù)據(jù)插補(bǔ)
3.2.3 NEE拆分
3.2.4 整合處理結(jié)果并輸出數(shù)據(jù)