フラックスフットプリント

フラックス フットプリント(大気フラックス フットプリントまたはフットプリントとも呼ばれる) は、機器によって測定される大気フラックスが生成される風上領域です。具体的には、フラックス フットプリントという用語は、垂直乱流フラックスを測定する機器によって「見える」風上領域を表します。この領域で生成される熱、水、ガス、および運動量の輸送が機器によって記録されます。よく使用される別の用語であるフェッチは、通常、フットプリントを説明するときにタワーからの距離を指します。

風のない状況で、地表から数メートル上の水の流量 (蒸発散量) を測定する機器を考えてみましょう。このような場合、機器は、機器の位置の真下で生成され、主に非乱流交換によって上方に運ばれた蒸発散量を測定することになります。

強風の状況では、風が機器の下の空気を吹き飛ばします。風は、風上のどこかで生成された空気を取り込み、乱流交換により大幅に上昇させます。そのため、最初のケースでは水フラックスのフットプリントは機器の真下にあり、2 番目のケースでは風上のどこかにあります。

隣の画像では、赤色が濃いほど、機器から一定距離離れた表面領域からの寄与が大きいことを示しています。寄与のほとんどは通常、機器の下や数キロメートル離れた場所からではなく、その中間のどこかから来ています。フットプリントのサイズと形状も、時間とともに変化する動的な領域です。

大気輸送はラグランジュ輸送モデルとして考えることができます。この場合、フットプリントは拡散方程式の解析解から計算されたフラックス測定への累積寄与領域です。たとえば、中性に近い条件では、フラックスフットプリントの数学的表現は上の図のようになります。^{[1] [2]}

フラックス フットプリントのサイズと形状に影響を与える主な 3 つの要因は次のとおりです。

• 測定高さ
• 表面粗さ
• 大気の熱安定性

測定高度の増加、表面粗さの減少、大気の安定性の不安定から安定への変化は、フットプリントのサイズの増加につながり、ピーク寄与が機器から遠ざかります。逆もまた真なりです。測定高度の低下、表面粗さの増加、大気の安定性の安定から不安定への変化は、フットプリントのサイズの減少につながり、ピーク寄与が機器に近づきます。

右側は、夏季に 草原で測定された実際の蒸発散フラックス (ET) の例を使用して、3 つのケースすべてでフラックス フットプリントがどのように影響を受けるかを示した例です。

上の図は、ほぼ中立の安定性における 2 つの異なる測定高度でのフラックスに対する陸地表面積の相対的な寄与を示しています。寄与するピークまでの距離が測定高度によって影響を受けるだけでなく、ピークの大きさとフットプリントの全体的な分布も大幅に影響を受けることに注意してください。

中央の図は、ほぼ中立の安定性における 2 つの異なる表面粗さのフラックスに対する陸地表面積の相対的な寄与を示しています。上のグラフと下の 2 つのグラフの曲線の下の面積を合計すると、フラックス寄与のほぼ 100% になります。残りの数パーセントのフラックスは、500 m を超える領域から来ています。

下の図は、 2つの異なる熱安定性のケースにおける陸地表面積のフラックスへの相対的な寄与を示しています。^[3]

• フラックスネット
• 渦共分散

• Burba、GG 2001。測定高度、表面粗さ、熱安定性の影響を受けるフラックスフットプリント推定値の図解。KG Hubbard および MVK Sivakumar (編) 農業および水資源管理への応用のための自動気象観測所: 現在の使用状況と将来の展望。世界気象機関出版物 No.1074。HPCS リンカーン、ネブラスカ – WMO ジュネーブ、スイス、77-87。
• Finn, D.、Lamb, B.、Leclerc, MY、およびTW Horst: 1996、「解析的およびラグランジュ表面層フラックスフットプリントモデルの実験的評価」、境界層気象学80: 283-308。
• ガッシュ、JHC：1986、「限られたフェッチがミクロ気象学的蒸発測定に与える影響の推定に関するメモ」、境界層気象学35：409-413
• Horst, TW: 1979、「地上レベルの発生源からの垂直拡散のラグランジュ相似モデル化」、応用気象学ジャーナル 18: 733-740。
• Leclerc, MY、および GW Thurtell: 1990、「マルコフ解析を使用したスカラーフラックスのフットプリント予測」、境界層気象学 52: 247-258。

引用

• Burba, George (主執筆者); Catherine Gautier (トピック編集者)。2008 年。「フラックス フットプリント」。Encyclopedia of Earth。編集: Cutler J. Cleveland (ワシントン DC: Environmental Information Coalition、National Council for Science and the Environment)。[Encyclopedia of Earth に 2008 年 3 月 12 日掲載、2008 年 3 月 12 日閲覧]。

• Burba 、G.、およびD. Anderson、2010年。渦共分散フラックス測定の簡単な実用ガイド：科学および産業用アプリケーションの原理とワークフロー例。^{[永久リンク切れ]} LI-COR Biosciences、リンカーン、米国、211ページ。83〜97ページ。
• Vesala, T.、N. Kljun、U. Rannik、J. Rinne、A. Sogachev、T. Markkanen、K. Sabelfeld、Th. Foken、MY Leclerc、2008。フラックスおよび濃度フットプリントモデリング：最新技術。Environmental Pollution 152、653-666。
• Schmid, HP, 2002. 植生大気交換研究のためのフットプリントモデリング：レビューと展望。農業および森林気象学 113、159-183。
• Aubinet, M.、T. Vesala、D. Papale (編)、2012.「測定とデータ分析の実践ガイド」、Springer、ドイツ、438 ページ。