羰基硫作為大氣示蹤氣體，被廣泛用于估算生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力 GPP。土壤也同時存在 COS 吸收與釋放，會干擾生態(tài)系統(tǒng)尺度 COS?GPP 的換算關(guān)系。絕大多數(shù) COS 通量研究集中在溫帶闊葉林、針葉林與農(nóng)田，但紅杉林具有獨特的生活環(huán)境：常年多海霧、夏季干旱，霧水可以補充葉片水分，改變氣孔開閉行為，傳統(tǒng) GPP 觀測手段存在局限，Aerodyne QCL?TILDAS 的 COS 示蹤技術(shù)可以用于在此類特殊森林的相關(guān)研究。

本中指出， Aerodyne QCL?TILDAS 量子級聯(lián)激光光譜儀，結(jié)合渦度相關(guān)通量系統(tǒng)，在加州海岸紅杉林開展野外觀測，獲取連續(xù) COS、CO?與水汽通量，解析海岸紅杉林 COS 交換特征，探究霧事件對氣孔導度、COS 吸收與 GPP 估算的影響，評估 COS 作為示蹤劑在多霧濕潤森林的應(yīng)用潛力。

野外觀測站點位于加州北部海岸紅杉林，森林冠層高大，頻繁受海洋平流霧的影響。觀測系統(tǒng)核心為 Aerodyne QCL?TILDAS 痕量氣體監(jiān)測儀，該設(shè)備實現(xiàn) ppt 級 COS 連續(xù)測量，和三維超聲風速儀組成渦度相關(guān)（EC）通量系統(tǒng)，原位連續(xù)觀測 COS、CO?、H?O 濃度脈動；儀器 1 Hz 測量時，COS 測量精度可達 8?10 ppt，滿足渦度通量對快速痕量氣體脈動捕捉的要求，儀器也可以用10Hz進行高速測量。除渦度通量外，研究同步開展葉片尺度密閉箱測量，測定紅杉葉片 COS 吸收速率、氣孔導度；配套環(huán)境觀測：輻射、溫度、濕度、霧水沉降、土壤溫濕度，區(qū)分氣象、霧事件對植被?大氣 COS 交換的調(diào)控。研究還進行了光譜基線校正、水汽干擾修正、頻率損失校正、零點漂移校正，獲取了可靠的 COS 生態(tài)系統(tǒng)通量。

上圖為三維區(qū)域模擬得到的大氣羰基硫（COS）混合比損耗圖。(a) 三個試驗站點正午時刻由模擬植被吸收造成的 COS 垂直損耗空間分布圖。垂直損耗定義為自由對流層 COS 混合比與模式近地面層 COS 混合比的差值。(b) 大陸區(qū)域平均 COS 損耗模擬結(jié)果；分別由植被吸收、人為排放、土壤吸收驅(qū)動的模擬結(jié)果。

觀測結(jié)果表明，海岸紅杉生態(tài)系統(tǒng)整體表現(xiàn)為 COS 凈匯，植被吸收是 COS 消耗主導項。研究發(fā)現(xiàn)霧過程顯著改變森林氣孔行為：在夏季干旱時段，無霧的晴朗白天，雖然光照充足，但空氣干燥，紅杉氣孔部分關(guān)閉，COS 吸收速率下降；當發(fā)生海霧事件時，空氣濕度大幅提升，葉片被霧水潤濕，即便土壤水分依舊有限，紅杉冠層氣孔仍可打開，生態(tài)系統(tǒng) COS 吸收明顯增強。COS 通量與水汽通量（潛熱通量）表現(xiàn)出良好相關(guān)性，印證了COS 通量可以表征冠層平均氣孔導度。

上圖為觀測期間兩個不同觀測站點的大氣羰基硫（COS）的時空變化趨勢圖。

文章重點還討論了 COS?GPP 換算系數(shù)（α因子）的不確定性。多數(shù)模型采用固定 α 值，本研究顯示在海岸紅杉這種霧脅迫生態(tài)系統(tǒng)，α會隨霧事件、濕度發(fā)生變化。如果直接套用通用 α 參數(shù)，會造成 GPP 估算偏差。葉片箱實驗證明紅杉葉片本身對 COS 具有很高的吸收能力，生態(tài)系統(tǒng)尺度的 COS 吸收限制主要來自氣孔開閉狀態(tài)，而非葉片酶活性。

Aerodyne QCL?TILDAS 系統(tǒng)是本研究能夠開展 COS 渦度通量的關(guān)鍵設(shè)備，其優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，高時間分辨率與 ppt 級靈敏度，渦度相關(guān)需要捕捉高頻濃度脈動，傳統(tǒng)采樣和實驗室分析無法實現(xiàn)原位連續(xù)通量測量。第二，同步測量 COS、CO?、H?O，氣體濃度來自同一臺光譜儀器，避免多儀器之間時間同步誤差，便于直接對比 COS、CO?、水汽通量耦合關(guān)系。第三，較強的抗水汽干擾校正能力，海岸霧環(huán)境水汽含量波動劇烈，TILDAS高分辨光譜可以分離水汽與 COS 譜線重疊，降低高濕霧天的測量誤差。第四，儀器野外長期運行穩(wěn)定性強，該站點觀測周期覆蓋干旱與霧季，儀器零點漂移可控，適合野外長期無人值守。

本實驗采用的Aerodyne痕量氣體監(jiān)測儀：

Aerodyne雙激光系統(tǒng)                      1Hz采樣頻率下獲得的譜圖

Aerodyne雙激光系統(tǒng)技術(shù)指標：

總體來看，該研究拓展了 COS 示蹤研究到多霧海岸古老紅杉林。證實了 COS 可以有效表征冠層氣孔導度，但在霧頻發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，不能簡單使用固定 α 系數(shù)進行 GPP 換算，需要考慮霧濕度帶來的參數(shù)變化。Aerodyne QCL?TILDAS 原位渦度通量技術(shù)，為潮濕多霧特殊森林生態(tài)系統(tǒng)硫循環(huán)與碳循環(huán)耦合研究提供了重要的觀測手段。