On the Effect of Tube Attenuation on Measuring Water Vapor Flux Using a Closed-path Hygrometer

폐회로 습도계를 이용한 수증기 플럭스 관측시관의 감쇠 효과에 관하여

Eddy covariance method is widely used in measuring vertical fluxes of mass and energy between the atmosphere and the biosphere. In this method, scalar concentration is measured with either open-path or closed-path sensors. For the latter, fluctuations of scalar concentration are attenuated as the sample travels through a long tube, resulting in flux loss. To quantify this tube attenuation, water vapor concentrations measured with both closed-path and open-path sensors were analyzed. Our statistical analysis showed that the power spectral density obtained from the closed-path sensor was different from that from the open-path sensor in the frequency range of > 0.5 Hz. The loss of water vapor flux due to tube attenuation was < 5% during midday. At nighttime, however, the flux loss increased significantly because of the low wind speeds and the weak turbulence sources. Theoretical calculation for the tube attenuation showed a small bias in high frequency range probably because of the interaction of sticky water vapor with a tube wall.

에디 공분산 방법은 생태계와 대기간의 질량과 에너지 교환을 측정하는데 널리 사용되고 있다. 이 방법은 다른 미기상학적 방법과는 달리 많은 가정을 필요로 하지 않는 직접 측정으로서, 스칼라의 농도 변화를 측정하기 위해 고속 반응의 개회로 또는 폐회로 기기를 필요로 한다. 후자를 사용할 경우, 흡입된 공기가 관을 통과하면서 스칼라의 농도 변동의 감쇠가 일어난다. 이러한 관 감쇠 효과는 측정하고자 하는 난류 플럭스를 과소 평가하게 한다. 난류 흐름의 감쇠 효과를 정량화하기 위해서 개회로 기기와 폐회로 기기로 측정된 수증기 농도를 각각 분석하였다. 통계적 분석에 의하면, 폐회로 기기에서 얻어진 스펙트럼이 0.5 Hz 이상의 영역에서 개회로 기기에서 얻어진 스펙트럼과 서로 다름을 보였다. 낮에는 관 감쇠에 의한 수증기 플럭스의 손실이 5% 이내였으나, 밤에는 풍속이 작고, 난류의 강도가 약하여 플럭스 손실이 상대적으로 크게 나타났다. 이론적으로 계산된 플럭스 손실은 관측 결과와 고주파수 영역에서 약간의 차이를 보였는데, 이것은 수증기가 관의 벽과 상호 작용하면서 플럭스 측정에 영향을 주었기 때문인 것으로 추정된다. 결론적으로, 개회로나 폐회로기기 모두 5% 오차 내에서 수증기 플럭스 관측에 사용할 수 있다. 그러나 대기가 안정할 때는 플럭스 산출시 고주파수에서의 영향을 신중히 고려해 주어야 한다.