एड्डी सहप्रसरण

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एड़ी सहप्रसरण प्रणाली जिसमें एक अल्ट्रासोनिक एनीमोमीटर और इन्फ्रारेड गैस विश्लेषक शामिल है।

एड़ी सहप्रसरण, जिसे एडी सहसंबंध और एडी प्रवाह भी कहा जाता है, एक महत्वपूर्ण वायुमंडल स्तर मापन तकनीक है जो वायुमंडल सीमाओं के भीतर ऊर्ध्वाधर्मी अशांति प्रवाह को मापन और गणना करने के लिए प्रयुक्त होती है। यह विधि उच्च आवृत्ति वायु और अभिविष्ट वायुमंडलीय डेटा श्रृंखला, गैस, ऊर्जा, और गति का विश्लेषण करती है, जिससे इन गुणाधर्मों के प्रवाह के मूल्य प्राप्त होते हैं।[1]

यह एक सांख्यिकी पद्धति है जिसका उपयोग मौसम विज्ञान और अन्य अनुप्रयोगों में प्राकृतिक पारिस्थितिक तंत्र और कृषि क्षेत्रों पर ट्रेस गैसों की विनिमय दरों को निर्धारित करने और गैस उत्सर्जन दरों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। अन्य भूमि एवं जल क्षेत्रों से इसका उपयोग प्रायः गति, ताप प्रवाह, जल वाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड और मीथेन प्रवाह का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है।[2][3][4][5][6][7] इस तकनीक का उपयोग वैश्विक जलवायु प्रारूप, मेसोस्केल और मौसम प्रारूप, जटिल जैव-रासायनिक और पारिस्थितिक प्रारूप और उपग्रहों और विमानों से रिमोट सेंसिंग अनुमानों के सत्यापन और ट्यूनिंग के लिए भी बड़े पैमाने पर किया जाता है। यह तकनीक गणितीय रूप से जटिल है और डेटा को सेट करने और प्रसंस्कृत करने में प्रमुख सावधानी की आवश्यकता है। अब तक,एडी सहप्रसरण तकनीक के लिए कोई समरूप शब्दावली या एकमात्र विधि नहीं है, परंतु प्रवाह मापन नेटवर्क्स उदाहरण के लिए, प्रवाहनेट, अमेरीप्रवाह, आइसोस, कार्बोयूरोप, प्रवाहनेट कनाडा, ओज़प्रवाह, एनईओएन, और आइलेप्स द्वारा विभिन्न दृष्टिकोणों को एकीकृत करने के लिए कई प्रयास किए जा रहे हैं।

बेंटिक वातावरण में ऑक्सीजन प्रवाह को मापने वाला एक एड़ी सहसंबंध उपकरण।

यह तकनीक समुद्री तटीय क्षेत्र के नीचे जल में भी उपयोगी प्रमाणित हुई है, जो समुंद्री तल से ऊपरी जल के बीच ऑक्सीजन प्रवाह को मापने के लिए होती है।[8] इन वातावरणों में, तकनीक को सामान्यतः एड़ी सहसंबंध तकनीक, या सिर्फ एड़ी सहसंबंध के रूप में जाना जाता है। ऑक्सीजन प्रवाह को बड़े पैमाने पर वायुमंडल में उपयोग किए जाने वाले समान सिद्धांतों का पालन करते हुए कच्चे माप से निकाला जाता है, और इन्हें कार्बन विनिमय के लिए प्रॉक्सी के रूप में उपयोग किया जाता है, जो स्थानीय और वैश्विक कार्बन बजट के लिए महत्वपूर्ण है। अधिकांश बेंटिक पारिस्थितिक तंत्रों के लिए, इन-सीटू प्रवाह को मापने के लिए एड़ी सहसंबंध सबसे सटीक तकनीक है। इस तकनीक के विकास और इसके जल में अनुप्रयोग संबंधित अनुसंधान क्षेत्र में एक समृद्ध विषय बना हुआ है।[9][10][11][12][13]


सामान्य सिद्धांत

वायुमंडलीय सीमा परत में वायु प्रवाह का प्रतिनिधित्व

वायु प्रवाह की कल्पना कई घूमने वाले भंवरों के क्षैतिज प्रवाह के रूप में की जा सकती है, अर्थात, विभिन्न आकारों के अशांत भंवर, जिनमें प्रत्येक भंवर में क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर घटक होते हैं। स्थिति अराजक दिखती है, परंतु टावर से घटकों की ऊर्ध्वाधर गति को मापा जा सकता है।

Pyörrekovarianssi-tekniikan kaaviokuva.jpg
[5]

भौतिक अर्थ

टावर पर एक भौतिक बिंदु पर, समय 1 पर, एडी 1 वायु का एक पार्सल c1 को वेग के साथ नीचे ले जाती है। पुनः, समय 2 पर, एडी 2 c2 को वेग के साथ ऊपर ले जाती है। प्रत्येक संघनता में गैस सांद्रता, दबाव, तापमान और आर्द्रता होती है।

यदि गति सहित ये कारक ज्ञात हों, तो हम प्रवाह निर्धारित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि कोई जानता है कि समय 1 पर जल के कितने अणु भंवरों के साथ नीचे गए, और कितने अणु समय 2 पर भंवरों के साथ ऊपर गए, तो वह इस समय इस बिंदु पर जल के ऊर्ध्वाधर प्रवाह की गणना कर सकता है . तो, ऊर्ध्वाधर प्रवाह को ऊर्ध्वाधर वायु के वेग और रुचि की इकाई की एकाग्रता के सहप्रसरण के रूप में प्रस्तुत किया जा सकता है।

EddyCovariance diagram 2.jpg
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सारांश

3D वायु और एक और चर को औसत और अस्थिर संघटन में विभाजित किया जाता है। अस्थिर वायु के और अस्थिर गैस एकाग्रता के बीच सहप्रसरण की गणना की जाती है। मापी गई प्रवाह को सहप्रसरण के साथ समानुपाती माना जाता है। जिस क्षेत्र से पता लगाए गए भंवरों की उत्पत्ति होती है, उसे संभाव्य रूप से वर्णित किया जाता है और प्रवाह पदचिह्न कहा जाता है। प्रवाह पदचिह्न क्षेत्र आकार और आकार में गतिशील है, वायु की दिशा, थर्मल स्थिरता और माप ऊंचाई के साथ बदलता है, और इसकी क्रमिक सीमा होती है।

सेंसर पृथक्करण, परिमित नमूना लंबाई, ध्वनि पथ औसत, साथ ही अन्य वाद्य सीमाओं का प्रभाव, माप प्रणाली की आवृत्ति प्रतिक्रिया को प्रभावित करता है और सह-वर्णक्रमीय सुधार की आवश्यकता हो सकती है, विशेष रूप से बंद-पथ उपकरणों के साथ और से 1.5 मी. से कम ऊंचाई पर ध्यान देने योग्य है।

गणितीय आधार

गणितीय शब्दों में, "एड़ी प्रवाह" को उच्चाधर्मी तरंगबल में सहप्रसरण के रूप में गणना किया जाता है, जो कि ऊर्ध्वाधर्मी वायु की त्वरितता में अंतर ( - ऊर्ध्वाधर्मी वायु की मान, और गैस सांद्रता, मिश्रण अनुपात (- इसकी मान, ) के बीच सहप्रसरण के रूप में होता है, जिसे अर्थमिक वायु घनत्व () से गुणित किया जाता है। "एडी फ्लक्स" की गणना में भौतिक पूर्ण अशांति से यातायातिक गणनाओं और मानव अनुमानों की कई गणनाएं सम्मिलित हैं, जिसमें रेनॉल्ड्स विघटन भी सम्मिलित है। नीचे दिखाए गए हैं।

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EddyCovariance equations part 2.jpg
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प्रमुख धारणाएँ

  • एक बिंदु पर माप एक ऊपरी वायु वाले क्षेत्र का प्रतिनिधित्व कर सकता है
  • माप रुचि की सीमा परत के अंदर किया जाता है
  • फ़ेच/प्रवाह फ़ुटप्रिंट पर्याप्त है - फ़्लक्स को केवल रुचि के क्षेत्र में मापा जाता है
  • प्रवाह पूरी तरह से अशांत है - अधिकांश शुद्ध ऊर्ध्वाधर स्थानांतरण भंवरों द्वारा किया जाता है
  • भू-भाग क्षैतिज और एकसमान है: उतार-चढ़ाव का औसत शून्य है; घनत्व में उतार-चढ़ाव नगण्य; प्रवाह अभिसरण एवं विचलन नगण्य
  • उपकरण उच्च आवृत्ति पर बहुत छोटे बदलावों का पता लगा सकते हैं, टावर-आधारित माप के लिए न्यूनतम 5 हर्ट्ज से लेकर 40 हर्ट्ज तक।

सॉफ़्टवेयर

2011 तक कई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम [14]थे, एड़ी सहप्रसरण डेटा को संसाधित करने और गर्मी, गति और गैस प्रवाह जैसी मात्राएँ प्राप्त करने के लिए। कार्यक्रम जटिलता, लचीलेपन, अनुमत उपकरणों और चर की संख्या, सहायता प्रणाली और उपयोगकर्ता समर्थन में महत्वपूर्ण रूप से भिन्न होते हैं। कुछ प्रोग्राम खुला स्रोत सॉफ्टवेयर हैं, जबकि अन्य बंद स्रोत या मालिकाना सॉफ्टवेयर हैं।

2011 के समय बहुत से सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम[14] थे जो एडी सहप्रसरण डेटा को प्रोसेस करने और उदाहरण के रूप में ऊष्मा, संवेग और गैस प्रवाह जैसी मात्राएं निकालने के लिए थे। इन प्रोग्राम्स में संघटन, लचीलापन, साधनों और चर मात्राओं की अनुमति की संख्या, सहायता प्रणाली, और उपयोगकर्ता समर्थन मे महत्वपूर्ण रूप से भिन्न होते हैं। कुछ प्रोग्राम ओपन-सोर्स सॉफ़्टवेयर हैं, जबकि कुछ अन्य खुला स्रोत या प्रोप्रायटरी हैं।

उदाहरण में शामिल हैं वाणिज्यिक सॉफ़्टवेयर जो गैर-वाणिज्यिक उपयोग के लिए मुक्त लाइसेंस के साथ हैं, जैसे एडीप्रो; खुले स्रोत वाले मुक्त प्रोग्राम जैसे ECO2S और ECpack; मुक्त बंद स्रोत पैकेज जैसे EdiRe, TK3, Alteddy, और EddySoft।

उपयोग

सामान्य उपयोग:

उपन्यास का उपयोग:

सामान्य अनुप्रयोग

वाष्पीकरण-उत्सर्जन

रिमोट सेंसिंग वाष्पीकरण-उत्सर्जन दर का पता लगाने के लिए ऊर्जा संतुलन और गुप्त ताप प्रवाह का उपयोग करके वाष्पीकरण-उत्सर्जन को प्रारूपिंग करने का एक दृष्टिकोण है। वाष्पोत्सर्जन जल चक्र का एक हिस्सा है, और जल संसाधनों के प्रबंधन के लिए स्थानीय और वैश्विक प्रारूप के लिए सटीक ईटी रीडिंग महत्वपूर्ण हैं। ईटी दरें जल विज्ञान से संबंधित क्षेत्रों के साथ-साथ कृषि पद्धतियों के लिए अनुसंधान का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं। एमओडी16 एक प्रोग्राम का उदाहरण है जो समशीतोष्ण जलवायु के लिए ईटी को सर्वोत्तम रूप से मापता है।[1][15]


सूक्ष्म मौसम विज्ञान

सूक्ष्म पैमाने मौसम विज्ञान, जल विज्ञान और पारिस्थितिक अनुसंधान के अनुप्रयोगों के साथ, विशिष्ट वनस्पति पैमाने पर जलवायु अध्ययन पर ध्यान केंद्रित करता है। इस संदर्भ में, एड़ी सहप्रसरण का उपयोग सीमा सतह परत में, या वनस्पति चंदवा के आसपास की सीमा परत में गर्मी द्रव्यमान प्रवाह को मापने के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, अशांति के प्रभाव जलवायु प्रारूपर्स या स्थानीय पारिस्थितिकी तंत्र का अध्ययन करने वालों के लिए विशेष रुचि के हो सकते हैं। वायु की गति, अशांति, और द्रव्यमान (गर्मी) एकाग्रता ऐसे मान हैं जिन्हें प्रवाह टॉवर में दर्ज किया जा सकता है। एड़ी सहप्रसरण से संबंधित मापों के माध्यम से गुणांक जैसे गुणों की गणना प्रारूप के अनुप्रयोगों के साथ अनुभवजन्य रूप से की जा सकती है।[16]


आर्द्रभूमि पारिस्थितिकी तंत्र

वेटलैंड वनस्पति व्यापक रूप से भिन्न होती है और पारिस्थितिक रूप से पौधे से पौधे में भिन्न होती है। नेट सीओ की निगरानी करके पोषक तत्वों की आपूर्ति की जानकारी के साथ संयोजन में एड़ी सहप्रसरण प्रौद्योगिकी का उपयोग करके आर्द्रभूमि में प्राथमिक पौधों के अस्तित्व की निगरानी की जा सकती है।2 और वह2हे प्रवाह. दूसरों के बीच जल उपयोग दक्षता निर्धारित करने के लिए कई वर्षों में प्रवाह टावरों से रीडिंग ली जा सकती है।[17]


ग्रीनहाउस गैसें और उनका वार्मिंग प्रभाव

वनस्पति और कृषि क्षेत्रों से ग्रीन हाउस गैसें के प्रवाह को एड़ी सहप्रसरण द्वारा मापा जा सकता है जैसा कि ऊपर सूक्ष्म मौसम विज्ञान अनुभाग में संदर्भित किया गया है। H की गैस अवस्थाओं के ऊर्ध्वाधर अशांत प्रवाह को मापकर2किस बारे मेँ2, गर्मी, और सीएच4 अन्य वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों के बीच निगरानी उपकरण का उपयोग कैनोपी इंटरैक्शन का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। उपरोक्त डेटा का उपयोग करके परिदृश्य की विस्तृत व्याख्या का अनुमान लगाया जा सकता है। उच्च परिचालन लागत, मौसम की सीमाएँ (कुछ उपकरण कुछ जलवायु के लिए बेहतर अनुकूल हैं), और उनके परिणामस्वरूप तकनीकी सीमाएँ माप सटीकता को सीमित कर सकती हैं।[18]


स्थलीय पारिस्थितिक तंत्र में वनस्पति उत्पादन

वनस्पति उत्पादन प्रारूप को इस संदर्भ में एड़ी सहसंयोजक प्रवाह माप से सटीक जमीनी अवलोकन की आवश्यकता होती है। एड़ी सहप्रसरण का उपयोग शुद्ध प्राथमिक उत्पादन और पौधों की आबादी के सकल प्राथमिक उत्पादन को मापने के लिए किया जाता है। प्रौद्योगिकी में प्रगति ने मामूली उतार-चढ़ाव की अनुमति दी है जिसके परिणामस्वरूप वायु द्रव्यमान और ऊर्जा रीडिंग के 100-2000 मीटर माप के पैमाने सामने आए हैं। वनस्पति विकास और उत्पादन पर कार्बन चक्र का अध्ययन उत्पादकों और वैज्ञानिकों दोनों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। ऐसी जानकारी का उपयोग करके पारिस्थितिक तंत्र और वायुमंडल के बीच कार्बन प्रवाह को देखा जा सकता है, जिसमें जलवायु परिवर्तन से लेकर मौसम प्रारूप तक के अनुप्रयोग शामिल हैं।[1]


संबंधित विधियाँ

एड़ी संचय

सच्चा एड़ी संचय

सच्ची एड़ी संचय तकनीक का उपयोग ट्रेस गैसों के प्रवाह को मापने के लिए किया जा सकता है जिसके लिए पर्याप्त तेज़ विश्लेषक उपलब्ध नहीं हैं, इस प्रकार जहां एड़ी सहप्रसरण तकनीक अनुपयुक्त है। मूल विचार यह है कि ऊपर की ओर बढ़ने वाले वायु पार्सल (अपड्राफ्ट) और नीचे की ओर बढ़ने वाले वायु पार्सल (डाउनड्राफ्ट) को उनके वेग के अनुपात में अलग-अलग जलाशयों में नमूना दिया जाता है। एक धीमी प्रतिक्रिया वाले गैस विश्लेषक का उपयोग अपड्राफ्ट और डाउनड्राफ्ट दोनों जलाशयों में औसत गैस सांद्रता को मापने के लिए किया जा सकता है।[19][20]


आराम से एड़ी संचय

वास्तविक और आरामदायक एड़ी संचय तकनीक के बीच मुख्य अंतर यह है कि बाद वाला एक स्थिर प्रवाह दर के साथ वायु का नमूना लेता है जो ऊर्ध्वाधर वायु की गति के लिए आनुपातिक नहीं है।[21][22][23]


यह भी देखें

संदर्भ

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  2. ↑ Baldocchi, D., B. Hicks, and T. Meyers. 1988. Measuring biosphere-atmosphere exchanges of biologically related gases with micrometeorological methods. Ecology 69, 1331-1340
  3. ↑ Verma, S.B.: 1990, Micrometeorological methods for measuring surface fluxes of mass and energy, Remote Sensing Reviews 5(1): 99-115
  4. ↑ Lee, X., W. Massman, and B. Law. 2004. Handbook of Micrometeorology. Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 250 pp.
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 5.3 Burba, G., 2013. Eddy Covariance Method for Scientific, Industrial, Agricultural and Regulatory Applications: a Field Book on Measuring Ecosystem Gas Exchange and Areal Emission Rates. LI-COR Biosciences, Lincoln, USA, 331 pp.
  6. ↑ Aubinet, M., T. Vesala, D. Papale (Eds.), 2012. Eddy Covariance: A Practical Guide to Measurement and Data Analysis. Springer Atmospheric Sciences, Springer Verlag, 438 pp.
  7. ↑ Burba, George (2022-09-06). वैज्ञानिक, नियामक और वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए एड़ी सहप्रसरण विधि (in English). LI-COR Biosciences. ISBN 978-0-578-97714-0.
  8. ↑ Berg, P., H. Røy, F. Janssen, V. Meyer, B. B. Jørgensen, M. Hüttel, and D. de Beer. 2003. Oxygen uptake by aquatic sediments measured with a novel non-invasive eddy correlation technique. Marine Ecology Progress Series. 261:75-83.
  9. ↑ University of Virginia. Aquatic Eddy Covariance Research Lab. Retrieved: 22 June 2015.
  10. ↑ The Florida State University. Eddy Correlation - Further Development and Studies of Flow and Light driven dynamics of Benthic Oxygen Exchange Archived 2014-04-18 at the Wayback Machine. Retrieved: 22 June 2015.
  11. ↑ Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries. Eddy Correlation in Natural Waters. Retrieved: 22 June 2015.
  12. ↑ Max Planck Institute for Marine Microbiology. Eddy Correlation System (ECS). Retrieved: 22 June 2015.
  13. ↑ Centre for Coastal Biogeochemistry Research. Eddy Correlation Archived 2013-12-13 at the Wayback Machine. Retrieved: 22 June 2015.
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  15. ↑ Jia, L.; Zheng, C.; Hu, G.C.; Menenti, M. (2018), "Evapotranspiration", Comprehensive Remote Sensing (in English), Elsevier, pp. 25–50, doi:10.1016/b978-0-12-409548-9.10353-7, ISBN 978-0-12-803221-3
  16. ↑ Monteith, John L.; Unsworth, Mike H. (2013-01-01), Monteith, John L.; Unsworth, Mike H. (eds.), "Chapter 16 - Micrometeorology: (i) Turbulent Transfer, Profiles, and Fluxes", Principles of Environmental Physics (Fourth Edition) (in English), Academic Press, pp. 289–320, doi:10.1016/b978-0-12-386910-4.00016-0, ISBN 978-0-12-386910-4, retrieved 2020-04-16
  17. ↑ Schlesinger, William H.; Bernhardt, Emily S. (2013-01-01), Schlesinger, William H.; Bernhardt, Emily S. (eds.), "Chapter 7 - Wetland Ecosystems", Biogeochemistry (Third Edition) (in English), Academic Press, pp. 233–274, doi:10.1016/b978-0-12-385874-0.00007-8, ISBN 978-0-12-385874-0, retrieved 2020-04-16
  18. ↑ Jalota, S. K.; Vashisht, B. B.; Sharma, Sandeep; Kaur, Samanpreet (2018-01-01), Jalota, S. K.; Vashisht, B. B.; Sharma, Sandeep; Kaur, Samanpreet (eds.), "Chapter 1 - Emission of Greenhouse Gases and Their Warming Effect", Understanding Climate Change Impacts on Crop Productivity and Water Balance (in English), Academic Press, pp. 1–53, doi:10.1016/b978-0-12-809520-1.00001-x, ISBN 978-0-12-809520-1, retrieved 2020-04-16
  19. ↑ R. E. Speer, K. A. Peterson, T. G. Ellestad, J. L. Durham (1985). "जल वाष्प और पार्टिकुलेट सल्फेट के वायुमंडलीय ऊर्ध्वाधर प्रवाह को मापने के लिए एक प्रोटोटाइप एड़ी संचायक का परीक्षण". Journal of Geophysical Research. 90 (D1): 2119–2122. Bibcode:1985JGR....90.2119S. doi:10.1029/JD090iD01p02119.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  20. ↑ Siebicke, Lukas (2017). "True eddy accumulation and eddy covariance methods and instruments intercomparison for fluxes of CO2, CH4 and H2O above the Hainich Forest". 19th EGU General Assembly, EGU2017. 19: 18076. Bibcode:2017EGUGA..1918076S.
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  22. ↑ Osterwalder, S.; Fritsche, J.; Alewell, C.; Schmutz, M.; Nilsson, M. B.; Jocher, G.; Sommar, J.; Rinne, J.; Bishop, K. (2016-02-15). "पारा प्रवाह के दीर्घकालिक माप के लिए एक दोहरी-इनलेट, एकल डिटेक्टर आरामदायक एड़ी संचय प्रणाली". Atmos. Meas. Tech. 9 (2): 509–524. Bibcode:2016AMT.....9..509O. doi:10.5194/amt-9-509-2016. ISSN 1867-8548.
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अग्रिम पठन


बाहरी संबंध

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