近年來開放式二氧化碳偵測系統在海洋觀測二氧化碳通量已有許多國內外學者的使用，且有相當的文獻。而傳統海洋二氧化碳通量之觀測是利用封閉性的二氧化碳偵測儀器。本文嘗試在生態圈較為明顯的水體比較兩者的二氧化碳通量，分別做了三個案例；第一個案例將開放式渦流協變性系統與封閉性Underway PCO2系統架設於台南市七股區黑面琵鷺保育中心的水池進行觀測。結果顯示二氧化碳通量以開放式二氧化碳偵測儀的二氧化碳通量會大於Underway PCO2系統所計算的二氧化碳通量2個order，而且通量方向相反。第二個案例加入了大氣梯度法來比較二氧化碳通量方向與數值。大氣梯度法的結果是其二氧化碳通量方向與趨勢和開放式二氧化碳偵測儀相似，而通量數值大於開放式二氧化碳偵測儀8倍左右，但通量方向仍與Underway PCO2不一致。案例三為架設在附近的魚塭，其生態活動較為明顯，二氧化碳通量應該比較強，使兩系統的通量會相同。案例三為開放式二氧化碳偵測儀器與Underway PCO2系統比較兩套系統計算出的二氧化碳通量。開放式二氧化碳偵測儀器所計算的二氧化碳通量為負值(SINK)，而Underway PCO2系統計算的二氧化碳通量為正值(SOURCE)，且水體中的二氧化碳濃度有明顯的日夜週期變化。
加入國外學者John Prytherch發展的PKT校正法，目的為校正相對濕度對二氧化碳濃度的影響。本文利用前面案例一與案例三的資料來做PKT校正。案例一與案例三的PKT校正結果，PKT校正能夠將WPL校正過後所受到相對濕度影響所造成的偏差所校正回正確值，其PKT校正後的二氧化碳通量會小於只有經過WPL校正的二氧化碳通量。且本實驗在5月14日通量數值與Underway pCO2系統所計算的二氧化碳通量數值相當接近，但是通量方向仍是相反。
最後將Underway pCO2系統二氧化碳通量計算法加入pH參數，以及利用1.5米的大氣二氧化碳濃度帶入Underway PCO2系統，其結果會與渦流協變性系統之二氧化碳通量結果相近，通量方向與數值有一致性。Open path CO2 analyzer has been used in CO2 flux measurements over ocean recently. CO2 flux has been estimated by close path CO2 analyzer for decades.
To compare the CO2 flux of open path and close path methods, three experiments were set in the study: (1) using open path eddy covariance system (ECS) and close path Underway pCO2 system to measure CO2 fluxes over pool in Black-faced Spoonbill Conservation Association in Cigu Dist. The results showed that the CO2 flux of open path CO2 analyzer is up to 100 times larger than that of close path, but the direction of flux is opposite; (2) in the second case, the third method, profile method was added to estimate CO2 flux. The result of profile method showed that the tendency of flux is the same as ECS, but the flux of profile method is about 8 times larger than open path, however, direction of flux was still inconsistent with Underway pCO2 system; (3) the results of the experiment in a fish pond which has stronger ecosphere activities showed that the flux of open path is positive (sink), and it's negative (source) for close path method. In addition, the diurnal cycle of CO2 concentration is obvious where it is lower in the daytime and higher at night.
The PKT Method was used to calibrate the effect between relative humidity and CO2 concentration in case (1) and case (3). In both cases, PKT Method can correct the biases resulted from the relative humidity after WPL correction, the CO2 flux after calibrating by PKT Method was smaller than WPL calibration method, and the flux in May 14th is similar to the flux of Underway pCO2 system, but the direction of flux is still opposite.
After adding pH parameter and CO2 atmospheric concentration measured at 1.5 m into the CO2 flux calculation of Underway pCO2 system, the results showed that the flux and the direction of flux will be consistent with ECS.致謝 III
摘要 IV
ABSTRACT V
目錄 VI
表目錄 X
圖目錄 XI
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 大氣微量氣體之擴散現象 5
2.2通量觀測法比較 14
2.2.1 梯度量測法 (Gradient Method) 14
2.2.2渦流協變性系統 (Eddy Covariance System) 16
第三章 研究理論與實驗方法 20
3.1 座標系統 21
3.2 海洋平台校正方法 26
3.3 WPL校正 30
3.4 地表能量收支平衡 31
3.5 水下二氧化碳（UNDERWAY FCO2）連續實際測定 33
3.6 海氣交換之碳通量計算 36
3.7 實驗設備 36
3.7.1渦流協變性系統儀器（Eddy Covariance System） 36
高頻反應系統（High Response Subsystem） 36
3.7.2採樣設備 39
3.8 實驗場址 43
第四章 案例研究 44
4.1 案例一 : 於台南七股鄉黑面琵鷺保育中心進行初步研究 44
4.1.1 實驗目的 44
4.1.2 實驗儀器架設情況 44
4.1.3氣象因子觀測 48
4.1.4.渦流協變性系統計算通量 52
4.1.5 Underway PCO2系統計算通量 56
4.1.6比較渦流協變性系統與Underway PCO2系統之大氣二氧化碳濃度 61
4.1.7 比較渦流協變性系統與Underway PCO2系統之二氧化碳通量 63
4.2 案例二 : 於台南七股鄉黑面琵鷺保育中心加入梯度法之研究 65
4.2.1實驗目的 65
4.2.2 實驗場址及背景介紹 65
4.2.3氣象因子觀測 69
4.2.4.渦流協變性系統計算通量 73
4.2.5梯度法計算通量 80
4.2.6 Underway PCO2計算通量 85
4.2.7 比較渦流協變性系統與Underway PCO2系統與梯度法計算之二氧化碳通量 94
4.3案例三 : 於台南七股鄉魚塭比較ECS與UNDERWAY PCO2計算二氧化 碳通量之研究 96
4.3.1實驗目的 96
4.3.2 實驗場址及背景介紹 96
4.3.3氣象因子觀測 100
4.3.4.渦流協變性系統計算通量 104
4.3.5 Underway PCO2計算通量 107
4.3.6比較渦流協變性系統與Underway PCO2系統之二氧化碳通量 112
第五章 PKT校正法 114
5.1 原理說明 114
5.2 案例一加入PKT校正 114
5.3案例三加入PKT校正 116
5.4PKT校正法離群值的原因 118
5.4.1案例一:非離群值存在 118
第六章 傳統PCO2通量計算法加入PH參數 121
第七章 結論與建議 126
7.1結論 126
7.2建議 128
參考文獻 12
