एड्डी सहप्रसरण

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।

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। 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।

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। 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।

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।



भौतिक अर्थ
टावर पर एक भौतिक बिंदु पर, समय 1 पर, एडी 1 वायु का एक पार्सल c1 को वेग $$w_1$$ के साथ नीचे ले जाती है। पुनः, समय 2 पर, एडी 2 c2 को वेग $$w_2$$ 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।



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 ($$w'$$ - ऊर्ध्वाधर्मी वायु की मान, $$\bar{w}$$ और गैस सांद्रता, मिश्रण अनुपात ($$s'$$- इसकी मान, $$\bar{s}$$) के बीच सहप्रसरण के रूप में होता है, जिसे अर्थमिक वायु घनत्व ($$\rho_a$$) 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।



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 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:
 * ग्रीनहाउस गैस का उत्सर्जन
 * कार्बन डाईऑक्साइड उत्सर्जन की निगरानी
 * मीथेन उत्सर्जन की निगरानी
 * जल की कमी, वाष्पीकरण-उत्सर्जन को मापना
 * तात्कालिक जल उपयोग दक्षता
 * तात्कालिक विकिरण उपयोग दक्षता

उपन्यास का उपयोग:
 * सटीक सिंचाई, सटीक कृषि
 * कार्बन पृथक्करण और कैप्चर मॉनिटरिंग
 * वायुमंडल में लैंडफिल गैस उत्सर्जन
 * वायुमंडल में हाइड्रोलिक फ्रेक्चरिंग द्वारा विस्थापित गैसों का उत्सर्जन
 * गैस रिसाव का पता लगाना और स्थान
 * पर्माफ्रॉस्ट क्षेत्रों से मीथेन उत्सर्जन
 * बायोजेनिक वीओसी उत्सर्जन
 * प्रतिक्रियाशील ट्रेस गैस विनिमय प्रवाह माप

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।

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 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।

आर्द्रभूमि पारिस्थितिकी तंत्र
आर्द्र भूमि वनस्पति विभिन्नता में फैली होती है और वनस्पति के पौधों के अर्थात पौधों के प्राकृतिक प्रस्तुतिक के अनुसार बदलती है। आर्द्र भूमि में प्रमुख पौधों की अस्तित्व की मॉनिटरिंग को एडी सहप्रसरण तकनीक का उपयोग करके पूरकरण किया जा सकता है, जो पोषण आपूर्ति जानकारी के साथ CO2 और H2O फ्लक्सेस की मॉनिटरिंग करके किया जा सकता है। प्रवाह टावरों से कई वर्षों तक पठन लेकर जल उपयोग की कुशलता तथा अन्य परिमाणों का निर्धारण किया जा सकता है।

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।

वनस्पति और कृषि क्षेत्रों से हरित गैसों के फ्लक्स को सूक्ष्म मौसम विज्ञान खंड में उपरोक्त एडी सहप्रसरण के द्वारा मापा जा सकता है। H2O, CO2, ऊष्मा, और CH4 जैसे अन्य परिवर्तनशील आर्गेनिक कंपाउंड्स के गैस की ऊर्ध्वाधर्मी प्रवाह को मापकर कैनपी वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों को सारांशित करने के लिए निगरानी उपकरण का उपयोग किया जा सकता है। इसके बाद इस डेटा का उपयोग करके क्षेत्रव्यापी व्याख्या की जा सकती है। उच्च परिचालन लागत, आवक सीमाएँ, और इसके परिणामस्वरूप तकनीकी सीमाएँ मापन सटीकता को सीमित कर सकती हैं।

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।

वास्तविक एड़ी संचय
वास्तविक 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 और नीचे की ओर बढ़ने वाले वायु पार्सल 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।

"रिलैक्स्ड एडी संचयन
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।

यह भी देखें

 * एड़ी (द्रव गतिकी)
 * पारिस्थितिकी तंत्र श्वसन
 * वाष्पीकरण
 * वाष्पीकरण-उत्सर्जन
 * ग्रीनहाउस गैस का उत्सर्जन
 * गर्मी का प्रवाह
 * प्रवाहनेट
 * अव्यक्त ऊष्मा प्रवाह
 * वाष्पोत्सर्जन
 * बेन्थिक लैंडर

अग्रिम पठन

 * Burba, G., 2022. Eddy Covariance Method for Scientific, Regulatory, and Commercial Applications. LI-COR Biosciences, Lincoln, USA, 702 pp.
 * 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.
 * 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.
 * Foken, T., 2008. Micrometeorology, Springer-Verlag, Berlin, Germany, 308 pp.
 * Lee, X., W. Massman, and B. Law, 2004. Handbook of Micrometeorology. Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 250 pp.
 * Rosenberg, N. J., B. L. Blad, and S. B. Verma, 1983. Microclimate: The Biological Environment, Wiley-Interscience, 580 pp.

बाहरी संबंध

 * The Eddy Covariance Method Textbook
 * Inter-comparison of Eddy Covariance Software
 * Textbooks on Eddy Covariance from Google Books