涡度相关夜间通量：u* 阈值校正的敏感性与多方法交叉验证
夜间弱湍流条件下涡度相关系统系统性低估呼吸通量，u* 阈值校正是标准补救手段，但阈值选取对结果高度敏感。本文综合奥地利高山草甸的多方法约束（白天 EC、箱法、尺度上推）与全球 EC 网络经验，给出 u* 校正"先严格质控再定阈值"的流程与 30%/35% 的不确定度判据。
一、问题：夜间通量的系统性低估
夜间无光合，NEE 即生态系统呼吸（Reco）。但在稳定层结、弱湍流（低 u*）下，垂直交换不足，EC 测得的 CO₂ 通量低于真实呼吸——这就是"夜间通量低估"，其校正称为 u* 校正。Baldocchi（2008）全球 EC 网络综述将这类方法学误差列为长期碳收支核算的主要不确定度来源。
二、u* 校正的敏感性（Wohlfahrt 等 2005，高山草甸）
奥地利高山草甸 2002 生长季，用三路独立估计约束夜间 EC：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| 夜间 EC（经 u* 筛选） | 标准做法 |
| 白天 EC + 温度外推 | 利用白天呼吸-温度关系反推夜间 |
| 生态箱/叶-土箱尺度上推 | 独立部件求和 |
关键发现：
- u* 校正量对质控准则极其敏感：剔除偏离平稳性/积分湍流检验 >30% 的半小时间数据后，u* 校正幅度显著减小；
- 间断湍流期的高 CO₂ 通量无法仅凭 EC 判定是"真输运（存储项未计）"还是"伪迹应剔除"；
- 证据倾向剔除：由其他方法反推的土壤呼吸显著低于含不合格数据的夜间 EC 反演值；
- 季节（3–11 月）夜间碳平衡在各方法间一致到 35% 以内，量级与单一方法不确定度相当。
三、u* 阈值法的正确姿势
- 先质控、后定阈值：平稳性/积分湍流检验不过的数据先剔除，否则 u* 校正被污染数据主导；
- 用"通量随 u* 分箱"找拐点（friction velocity 阈值通常 0.1~0.25 m/s 量级，随站点/冠层而异）；
- 阈值以下时段用阈值以上的呼吸-温度关系插补；
- 存储项（CO₂ storage）在低 u* 夜不可忽略，须计入；
- 多方法交叉验证（箱法/白天外推）用于确认阈值选择没有系统性偏差。
四、O₃ 沉积案例的启示（Elmadany 2016）
德国再润湿泥炭地 EC 观测臭氧沉积通量：白天最大 −15 nmol/(m²·s)，夜间仅 −1~−2；**u* 是非气孔沉积的最重要单一驱动因子**，且与其他环境因子的关系非线性。说明 u* 筛选不仅影响 CO₂，也贯穿所有标量通量的夜间质控。
五、扰动站点与足迹重定义（Oliveira 等）
葡萄牙海岸松林（2017 火烧后连续 EC 监测）2019 年 12 月两次风暴造成大面积风倒（windthrow）：
- 湍流通量本身仅受轻微影响；
- 但足迹（footprint）显著改变，目标测量区必须重新界定。
工程要点：下垫面突变（风倒、林火、建筑）后，即使通量数值变化不大，足迹-贡献区也要重新计算，否则"目标生态系统"含义失效。
六、判别边界速查
| 环节 | 判据 |
|---|---|
| 夜间数据质控 | 先平稳性/积分湍流检验，剔除>30% 偏差记录 |
| u* 阈值 | 通量-摩擦速度分箱找拐点，站点特异 |
| 存储项 | 低 u* 夜必须计入 CO₂ storage |
| 多方法一致性 | 季节尺度各方法差异 <35% 视为可信 |
| 下垫面突变 | 风倒/火灾后重算足迹与目标区 |
参考来源：Wohlfahrt G, et al. Quantifying nighttime ecosystem respiration of a meadow using eddy covariance, chambers and modelling. Agricultural and Forest Meteorology, 2005（http://www.biomet.co.at/wp/wp-content/uploads/2013/02/paper_2005_wohlfahrt.pdf）；Baldocchi D. 'Breathing' of the terrestrial biosphere: lessons learned from a global network of carbon dioxide flux measurement systems. Australian Journal of Botany, 2008（https://www.sierraforestlegacy.org/Resources/Conservation/FireForestEcology/ThreatsForestHealth/Climate/CI-Baldocchi-2008.pdf）；Elmadany T S, et al. Stomatal and non-stomatal turbulent deposition flux of ozone to a managed peatland. Atmosphere, 2016（http://www.mdpi.com/2073-4433/8/9/175/pdf）；Oliveira B R F, Keizer J J, Foken T. Changes of the aerodynamic characteristics of a flux site after an extensive windthrow（https://pdfs.semanticscholar.org/44e1/cab3dcda625a29a8e8bda6bdd5d5062fd465.pdf）；Matsuura S, et al. Effects of farmyard manure application and grassland renovation on net ecosystem carbon balance: 11-year eddy covariance data. Journal of Agricultural Meteorology, 2023（https://www.jstage.jst.go.jp/article/agrmet/79/1/79_D-22-00007/_pdf）；Lu W, Xiao J, et al. Insect outbreaks have transient effects on carbon fluxes and vegetative growth but longer-term impacts on reproductive growth in a mangrove forest. Agricultural and Forest Meteorology, 2019（https://www.sciencedirect.com/science/article/am/pii/S0168192319303636）。